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KR20160038884A - Gas Sensor Fabrication method of catalyst-loaded porous metal oxide nanofiber metal oxide nanofiber networks prepared by transferring of catalyst-coated polymeric sacrificial colloid template, and gas sensors using the same - Google Patents

Gas Sensor Fabrication method of catalyst-loaded porous metal oxide nanofiber metal oxide nanofiber networks prepared by transferring of catalyst-coated polymeric sacrificial colloid template, and gas sensors using the same Download PDF

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KR20160038884A
KR20160038884A KR1020160026338A KR20160026338A KR20160038884A KR 20160038884 A KR20160038884 A KR 20160038884A KR 1020160026338 A KR1020160026338 A KR 1020160026338A KR 20160026338 A KR20160026338 A KR 20160026338A KR 20160038884 A KR20160038884 A KR 20160038884A
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polymer
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김일두
최선진
구원태
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a member for a gas sensor, a gas sensor using the same, and a method of manufacturing the same and, specifically, to a member for a gas sensor using a catalyst-metal oxide nanofiber composite material, a gas sensor, and a method of manufacturing the same capable of removing a polymer sacrificial layer template coated with a catalyst by pyrolysis, forming pores in the surface and the inside of a metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure using a feature that a catalyst is transferred and functionalized for a metal oxide semiconductor nano-fiber, and selectively binding a catalyst in a position where pores are formed. According to the present invention, a surface of a polymer sacrificial layer template which can be removed through heat treatment at high temperatures is coated with a catalyst. After a composite nanofiber is formed through electrospinning by mixing the polymer sacrificial layer template coated with a catalyst with an electrospinning solution, the sacrificial layer template is removed through high temperature heat treatment, thereby configuring a member for a gas sensor using a metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure capable of forming pores having different sizes and selectively binding a catalyst in the pore formed position at the same time. Therefore, provided are the member for a gas sensor which can be mass-manufactured by a processing method capable of maximizing a catalyst effect using a catalyst to be selectively bound by having excellent selectivity to detect various gases with high sensitivity characteristics of detecting a small amount of gases through a simple detecting process, and efficiently forming pores and binding a catalyst at the same time; the gas sensor; and the method of manufacturing the same.

Description

촉매가 결착된 희생층 템플레이트로부터 전사되어 얻어진 촉매를 포함하는 다공성 금속산화물 반도체 나노섬유 제조방법 및 이를 이용한 가스 센서{Gas Sensor Fabrication method of catalyst-loaded porous metal oxide nanofiber metal oxide nanofiber networks prepared by transferring of catalyst-coated polymeric sacrificial colloid template, and gas sensors using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a porous metal oxide semiconductor nanofiber including a catalyst obtained by transferring a catalyst from a sacrificial layer template having a catalyst attached thereto, and a gas sensor using the catalyst metal oxide nanofiber metal oxide nanofiber -coated polymeric sacrificial colloid template, and gas sensors using the same}

본 발명은 가스 센서용 부재, 이를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 촉매가 코팅된 폴리머 기반의 템플레이트를 사용하여 금속산화물 나노섬유 내부 및 표면에 기공을 형성시킴과 동시에 촉매를 전사시켜 얻어진 촉매-금속산화물 복합체를 이용한 가스 센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a member for a gas sensor, a gas sensor using the same, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a catalyst-coated polymer-based template for forming pores in and on a surface of a metal oxide nanofiber, A gas sensor, and a method of manufacturing the same.

금속산화물 감지소재를 이용한 가스감지 특성이 밝혀진 이래로 다양한 금속산화물 소재 및 구조를 이용하여 특정 가스를 감지하는 센서의 개발이 활발히 이루어져 왔다. 대기 중의 특정가스가 표면에 흡착하게 되면 금속산화물의 전기저항 또는 전기전도도가 바뀌는 단순한 원리를 이용하기 때문에 손쉽게 센서를 만들 수 있다는 장점으로 인하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 구체적인 응용분야로는 대기 중에 노출된 미세한 유해환경가스를 감지하여 주변에 위험가스 누출에 대한 정보를 제공할 수 있다. 대표적으로 이러한 유해환경 가스로는 NO, NO2, SO2, CO, CO2 등이 있다. 최근 들어, 나노소재 합성기술의 개발로 초고감도 가스감지 소재개발이 가능해 졌으며, 금속산화물 감지소재를 이용한 소형화 및 저가화를 통하여 휴대용 날숨 진단 센서의 개발이 이루어 지고 있다. 날숨 진단 센서는 사람의 폐를 거쳐 입 밖으로 방출되는 가스를 감지하는 센서로, 사람의 날숨 속에 포함된 생체지표가스(biomarker)를 감지하여 질병의 유무를 판단할 수 있도록 해주는 진단센서이다. 날숨 속에 포함된 대표적인 생체지표가스로는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)인 아세톤, 톨루엔, 펜탄 등이 있으며, 이러한 가스들은 각각 당뇨병, 폐암, 심장질환의 지표가 되는 가스들이다. 이 뿐만 아니라 황화수소(H2S), 암모니아(NH3), 일산화 질소(NO) 등과 같은 생체지표가스는 각각 구취, 신장병, 천식과 관련된 가스들로 알려져 있다. Since the gas sensing characteristics using metal oxide sensing materials have been revealed, sensors have been actively developed to detect specific gases using various metal oxide materials and structures. Many researches have been made because of the advantage that a sensor can be easily made because a specific principle of adsorption of a specific gas on the surface of the atmosphere changes the electrical resistance or electric conductivity of the metal oxide. Specific applications include the detection of hazardous environmental gases exposed to the atmosphere and information about the hazardous gas leakage in the vicinity. Typically, such harmful environmental gases include NO, NO 2 , SO 2 , CO, and CO 2 . In recent years, development of super sensitive gas sensing materials has been made possible by the development of nano material synthesis technology, and development of a portable erosion diagnosis sensor has been made through miniaturization and cost reduction using metal oxide sensing materials. The exhalation diagnostic sensor is a sensor that detects the gas released from the mouth through the human lungs. It is a diagnostic sensor that detects the biomarker contained in the person's exhalation to determine the presence or absence of the disease. Representative biomarker gases included in the exhalation include volatile organic compounds (VOCs) such as acetone, toluene, and pentane. These gases are indicators of diabetes, lung cancer, and heart disease, respectively. In addition, biological surface gases such as hydrogen sulfide (H 2 S), ammonia (NH 3) , and nitrogen monoxide (NO) are known to be associated with halitosis, kidney disease and asthma.

유해환경 가스 및 질병진단을 위한 생체지표가스는 일반적으로 ppb(part per billion) ~ ppm(part per million) 농도 범위에서 감지가 이루어지며, 특히 날숨을 통하여 방출되는 생체지표가스는 10 ppb ~ 10 ppm 범위로 매우 낮은 농도로 방출되는 것이 특징적이다. 예를 들어, 당뇨병의 경우, 날숨 속에 포함된 미량의 아세톤(CH3COCH3) 농도를 기준으로 판단할 수 있는데, 정상인의 경우에는 날숨 속에 900 ppb(Parts per billion) 이하의 아세톤을 함유하고 있지만, 당뇨병 환자의 경우 1800 ppb 이상의 높은 농도의 아세톤을 함유하게 된다. 또한, 폐암을 진단하기 위해서는 30 ppb 수준의 톨루엔(C6H5CH3)을 검출할 수 있어야 하며, 신장병에 대한 진단 인자로써는 100 ppb 수준의 암모니아를 감지할 수 있어야 한다. 따라서 낮은 농도의 가스를 효과적으로 감지하기 위한 초 고감도 감지소재 개발이 필수적이다. Biological surface gases for the diagnosis of harmful environmental gases and diseases are generally detected in the range of ppb (parts per billion) to ppm (part per million), and in particular, the bioindicator gas released through exhalation is 10 ppb to 10 ppm Lt; RTI ID = 0.0 > very < / RTI > For example, in the case of diabetes, it can be judged based on the trace amount of acetone (CH 3 COCH 3 ) contained in the exhalation. In case of a normal person, acetone is contained in the exhalation of 900 ppb (parts per billion) , And diabetic patients will have high concentrations of acetone above 1800 ppb. In order to diagnose lung cancer, 30 ppb of toluene (C 6 H 5 CH 3 ) should be detected, and 100 ppb of ammonia should be detected as a diagnostic parameter for kidney disease. Therefore, it is essential to develop an ultra-sensitive sensing material to effectively detect low-concentration gases.

초고감도 감지소재 개발을 위하여 다양한 나노구조체들이 연구되어 왔다. 기본적으로 금속산화물을 이용한 가스 감지는 표면반응을 통하여 전기 저항 또는 전기 전도도가 변화하기 때문에 비표면적을 극대화 하는 방향의 연구가 진행되어 왔다. 또한, 가스가 쉽게 침투할 수 있는 다수의 기공이 분포한 중공구조 등의 제작기술 및 합성기술이 개발되어 가스에 대한 감지 특성이 평가되었다. 이처럼 비표면적을 최대화 하면서 다수의 기공이 분포하는 감지소재를 개발하기 위한 방법으로 1차원(one dimension) 구조를 가지는 나노섬유 구조가 제안되었다. 1차원 구조를 가지는 나노섬유 구조는 넓은 비표면적을 가지며, 섬유와 섬유 사이에 기공이 존재함으로 기체의 빠른 확산을 유도하여 고감도 센서 감지소재에 적합한 형상을 나타낸다. 1차원 나노섬유 구조를 손쉽게 제작할 수 있는 방법으로는 전기방사기술을 꼽을 수 있다. 전기방사는 순수한 고분자 또는 고분자/금속산화물 전구체를 특정용매에 녹여 혼합된 전기방사 용액을 제조한 후, 시린지 노즐과 집전체 사이에 높은 전압을 인가하여 나노섬유를 형성하는 기술이다. 전기방사기술을 통하여 순수한 고분자 나노섬유를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 고분자/금속산화물 전구체 복합 나노섬유를 고온에서 열처리를 통하여 금속산화물 나노섬유를 제작할 수 있다. A variety of nanostructures have been studied for the development of ultra-sensitive sensing materials. Basically, gas sensing using metal oxide has been studied to maximize the specific surface area since electrical resistance or electric conductivity changes through surface reaction. In addition, fabrication technology and synthesis technology of a hollow structure in which a large number of pores capable of gas permeation were distributed were developed, and the gas sensing characteristics were evaluated. A nanofiber structure having a one-dimensional structure has been proposed as a method for developing a sensing material in which a large number of pores are distributed while maximizing the specific surface area. The nanofiber structure with a one-dimensional structure has a wide specific surface area and induces rapid diffusion of gas due to the presence of pores between the fibers and the fibers to exhibit a shape suitable for a material for detecting a high sensitivity sensor. Electrospinning technology is one of the ways to easily fabricate a one-dimensional nanofiber structure. Electrospinning is a technique in which a pure polymer or a polymer / metal oxide precursor is dissolved in a specific solvent to prepare a mixed electrospinning solution, and then a high voltage is applied between the syringe nozzle and the current collector to form nanofibers. In addition to obtaining pure polymer nanofibers through electrospinning, metal oxide nanofibers can be prepared by heat treating the polymer / metal oxide precursor composite nanofibers at a high temperature.

전기방사기술은 다양한 금속산화물 전구체를 사용할 수 있으며, 열처리과정을 거쳐 다양한 종류의 금속산화물을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 순수한 고분자 나노섬유를 희생층 템플레이트로 사용하여, 상단에 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 또는 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용하여 금속 또는 금속산화물을 코팅하고, 고온열처리를 거쳐 나노튜브 및 반튜브 구조를 형성할 수 있다는 장점을 가진다. 이처럼 전기방사기술을 이용하게 되면, 다양한 종류의 1차원 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 공정변수(토출량, 고분자/금속산화물 전구체 비율 및 조합, 열처리 조건 등)를 조절하여 비표면적이 넓으며, 기공이 발달한 구조를 제작할 수 있다. 또한, 순수한 고분자를 이용하여 추가적인 증착공정을 도입하면 나노튜브 및 반튜브 구조 제작이 가능하여 비표면적과 기공도를 향상시킬 수 있다는 장점이 제시되었다.The electrospinning technology can use various metal oxide precursors and has the advantage that various types of metal oxides can be obtained through a heat treatment process. A pure metal nanofiber may be used as a sacrificial layer template and a metal or metal oxide may be coated on the upper part by using physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) Thereby forming nanotubes and a half-tube structure. By using the electrospinning technique, various kinds of one-dimensional metal oxide nanofibers can be formed. In addition, by adjusting process parameters (discharge amount, ratio of polymer / metal oxide precursor and combination, heat treatment conditions, etc.) It is possible to fabricate a structure having a wide pore structure. In addition, by introducing additional deposition process using pure polymer, it is possible to fabricate nanotube and half-tube structure, and it has been suggested that the specific surface area and porosity can be improved.

비표면적과 기공도를 높이는 방법과 더불어, 초고감도 금속산화물 감지소재 개발에 있어서 촉매를 합성하여 결착하는 방법은 필수적으로 사용되었다. 예를 들어, 폴리올(polyol) 공정법과 같은 방법으로 Pt, Ir, Pd, Ag, Au 등과 같은 고가의 금속 촉매를 합성하여 금속산화물에 결착시키는 연구가 진행되었다. In addition to the method of increasing the specific surface area and the porosity, a method of synthesizing and binding a catalyst in the development of an ultra-sensitive metal oxide sensing material has been essentially used. For example, studies have been conducted to synthesize expensive metal catalysts such as Pt, Ir, Pd, Ag, and Au by a method such as a polyol process and bind them to metal oxides.

이처럼 고감도 촉매-금속산화물 형태의 복합 감지소재를 개발하여 가스 센서에 적용하는 연구가 일반적으로 진행되고 있으나, 금속산화물에 기공을 형성하는 과정이 복잡하고 어려울 수 있으며, 별도의 금속 나노입자를 합성하여 결착시키는 번거로운 절차를 거쳐야 한다는 점이 단점으로 지적된다. 실제로, 금속나노입자 촉매를 합성하는 과정은 화학적 합성 방법을 사용하므로 제조 공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라, 제조된 촉매와 금속산화물 나노섬유를 결착시키기 위해서는 추가적인 열처리가 필요하다는 공정상의 문제점을 가지게 된다. 따라서, 생산 비용이 높아지고, 생산 시간이 길어질 수 있어 대량 생산에 어려움을 유발할 수 있다.However, the process of forming pores in the metal oxide may be complicated and difficult, and a separate metal nanoparticle may be synthesized. In this case, It is pointed out that it is a disadvantage that it must go through cumbersome procedure to settle. In fact, the process of synthesizing the metal nanoparticle catalyst has a disadvantage in that the manufacturing process is complicated because it uses a chemical synthesis method, and there is a problem in that it requires additional heat treatment in order to bind the prepared catalyst and the metal oxide nanofibers I have. Therefore, the production cost is increased and the production time is prolonged, which can cause difficulties in mass production.

이러한 단점들을 극복하기 위하여 매우 쉽게 촉매를 결착시킬 수 있는 제조공정 방법이 요구되고 있다. 또한, 촉매의 결착과 동시에 기공형성이 이루어져 비표면적 향상을 이룰 수 있는 방법의 제시가 필요한 실정이다.To overcome these disadvantages, there is a need for a manufacturing process method that can bind the catalyst very easily. Also, there is a need to propose a method of achieving pore formation at the same time as the binding of the catalyst to improve the specific surface area.

본 발명의 실시예들은 상기에서 제시한 1차원 금속산화물 나노섬유에 기공의 형성과 촉매의 결착이 동시에 이루어질 수 있는 촉매-금속산화물 감지소재 개발 기술을 제시하며, 다종의 촉매-금속산화물 감지소재 개발에 응용이 가능하며, 손쉬운 제작방법을 통하여 극미량의 가스를 검출해 낼 수 있는 높은 감도 특성과 함께, 효율적인 공정으로 대량생산이 가능한 가스 센서용 부재, 이를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공한다.The embodiments of the present invention suggest a technology for developing a catalyst-metal oxide sensing material capable of simultaneously forming pores and binding of a catalyst in the above-mentioned one-dimensional metal oxide nanofibers, The present invention provides a gas sensor member capable of mass production in an efficient process as well as a high sensitivity characteristic capable of detecting a trace amount of gas through an easy manufacturing method, a gas sensor using the same, and a manufacturing method thereof.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한 측면에 따른 금속산화물 반도체 나노섬유에 기공의 형성과 동시에 또는 선택적으로 기공위치에 촉매의 도포가 이루어진 감지소재 및 이를 이용한 가스 센서용 부재 제조 방법은, (a) 희생층 템플레이트(template)에 촉매 전구체를 코팅하는 단계; (b) 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 포함하는 금속산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사 용액을 제조하는 단계; (c) 전기방사기술을 이용하여 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 첨가한 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유를 형성하는 단계; 및 (d) 고온 열처리를 통하여 희생층 템플레이트 및 고분자를 제거시키고, 금속산화물 전구체 및 촉매를 산화시켜 1차원 금속산화물 나노섬유에 기공의 형성과 동시에 또는 선택적으로 기공이 형성된 위치에 촉매 결착이 동시에 이루어지는 단계를 포함하며, 상기 공정과정을 통하여 1차원 나노섬유 표면 및 내부에 다수의 기공을 포함하며 기공이 형성된 위치에 촉매를 선택적으로 결착시키는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sensor material and a method of manufacturing the same, which comprises: (a) forming a metal oxide semiconductor nanofiber on a substrate, Coating a catalyst precursor on a sacrificial layer template; (b) preparing a metal oxide precursor / polymer mixed electrospin solution comprising a sacrificial layer template coated with a catalyst; (c) forming a metal oxide precursor / polymer composite fiber to which a catalyst-coated sacrificial layer template is added using electrospinning technology; And (d) oxidizing the metal oxide precursor and the catalyst by removing the sacrificial layer template and the polymer through a high-temperature heat treatment to form a pore in the one-dimensional metal oxide nanofiber, or at the same time, Wherein the catalyst is selectively bound to the surface of the one-dimensional nanofiber and the pores formed in the surface of the one-dimensional nanofiber and containing a plurality of pores therein.

여기서, 상기 (a) 단계에서, 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 방법은 화학적 코팅 방법 또는 물리적 증착 방법을 이용하여, 상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 형성할 수 있다.Here, in the step (a), the sacrificial layer template may be coated with the catalyst using a chemical coating method or a physical vapor deposition method.

또한 상기 (a) 단계에서, 촉매의 코팅양을 정량적으로 조절하여 희생층 템플레이트에 결착된 촉매의 양을 0.001 wt% - 20 wt%의 범위에서 정량적으로 조절할 수 있다.Also, in the step (a), the amount of the catalyst bound to the sacrificial layer template can be controlled quantitatively in the range of 0.001 wt% to 20 wt% by quantitatively controlling the coating amount of the catalyst.

또한 상기 (a) 단계에서, 희생층 템플레이트는 다양한 크기 및 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 구형, 오각형, 사각형, 삼각형 또는 불규칙한 형태를 가질 수 있다. Also, in the step (a), the sacrificial layer template may have various sizes and structures. For example, spherical, pentagonal, square, triangular or irregular in shape.

또한 상기 (a) 단계에서 희생층 템플레이트는 고온 열처리시 제거될 수 있는 특징을 가진다. Also, the sacrificial layer template in the step (a) is characterized in that it can be removed in a high-temperature heat treatment.

또한 상기 (a) 단계에서 희생층 템플레이트에 단일종 또는 다종의 촉매를 코팅할 수 있는 특징을 가진다. Further, the sacrificial layer template may be coated with a single species or a plurality of catalysts in the step (a).

또한, 상기 (b) 단계에서, 전기방사를 위한 전기방사 용액의 제조는 다종의 금속산화물 전구체와 다종의 고분자 복합체를 이용하여 다양한 조합으로 형성될 수 있다. In addition, in the step (b), the electrospinning solution for electrospinning may be formed in various combinations using various kinds of metal oxide precursors and various polymer complexes.

또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 전기방사 용액에 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 첨가하여 전가방사 용액을 제조할 수 있다. Also, in the step (b), a sacrificial layer template coated with a catalyst may be added to the metal oxide precursor / polymer composite electrospinning solution to prepare a transfer spinning solution.

또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 전기방사 용액에 다양한 농도의 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 첨가할 수 있다. Also, in step (b), a sacrificial layer template coated with various concentrations of catalyst may be added to the metal oxide precursor / polymer composite electrospinning solution.

또한, 상기 (c) 단계에서, 전기방사는 다양한 종류의 금속산화물 전구체 및 고분자의 혼합으로 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있으며, 형성된 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the step (c), electrospinning can form a metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure by mixing various kinds of metal oxide precursors and polymers, and the metal oxide nanofiber having a one- And a sacrificial layer template coated with a catalyst.

또한, 상기 (c) 단계에서, 전기방사 과정에서 형성되는 1차원 구조의 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유에 결착된 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트의 농도를 조절할 수 있다. Also, in the step (c), the concentration of the sacrificial layer template coated with the catalyst bound to the one-dimensional metal oxide precursor / polymer composite fiber formed in the electrospinning process can be controlled.

또한, 상기 (d) 단계에서, 1차원 구조를 가지는 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유는 고온 열처리과정을 거치면서 고분자는 분해되고, 금속산화물 전구체는 산화되어 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있다. In the step (d), the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber having a one-dimensional structure is decomposed while the high-temperature heat treatment is performed, and the metal oxide precursor is oxidized to form a one-dimensional metal oxide nanofiber can do.

또한, 상기 (d) 단계에서, 상기 형성된 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트는 고온 열처리 과정을 거치면서 제거될 수 있으며, 제거되면서 다양한 크기의 기공을 형성할 수 있으며, 코팅되어있던 촉매는 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 결착이 될 수 있다. In addition, in the step (d), the sacrificial layer template coated with the formed catalyst may be removed while being subjected to a high-temperature heat treatment, and pores having various sizes may be formed while being removed. It can bind to the surface and inside of the fiber.

본 발명의 다른 측면에 따른 기공의 형성과 선택적 위치에 촉매가 도포된 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유 감지소재를 이용한 가스 센서 제조 방법은 선택적으로 촉매가 도포된 1차원 구조의 다공성 나노섬유를 제조하는 단계; 상기 나노 구조체를 센서 전극 위에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a gas sensor using a metal oxide nanofiber sensing material having a one-dimensional structure in which a catalyst is applied to a pore and selectively forming a porous structure, ; And coating the nanostructure on the sensor electrode.

여기서, 상기 선택적으로 촉매가 도포된 1차원 구조의 다공성 나노섬유를 센서 전극 위에 코팅함에 있어서, 스프레이 코팅, 드랍 코팅, 스크린 프린팅, 전기 방사를 통한 직접적인 코팅, 전사를 통한 코팅 중 하나의 방법을 이용할 수 있다.Here, in coating the porous nanofibers having the one-dimensional structure selectively coated with the catalyst on the sensor electrode, one of coating, drop coating, screen printing, direct coating through electrospinning, and coating through transfer may be used .

본 발명의 또 다른 측면에 따른 희생층 템플레이트의 크기는 50 nm - 5 μm의 크기 범위를 가질 수 있으며, 희생층 템플레이트는 고온 열처리 과정을 거쳐 제거될 수 있는 템플레이트면 특정 제한을 두지 않는다. 대표적으로, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴에시드(PAA), 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드 (PDADMAC), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 될 수 있다.The size of the sacrificial layer template according to another aspect of the present invention may have a size range of 50 nm to 5 μm and the sacrificial layer template does not have a template surface specific limitation that can be removed by a high temperature heat treatment process. Representative examples include polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS) and polyacrylonitrile (PAN) And may be a mixture of one or two or more selected from the group consisting of lithium fluoride (PVDF), polyacrylic acid (PAA), polydianil dimethylammonium chloride (PDADMAC) and polystyrene sulfonate (PSS).

여기서, 희생층 템플레이트의 크기에 따라서 금속산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액과 함께 전기방사 후 형성되는 기공의 크기도 다양하게 조절할 수 있다. 여기서, 상기 형성되는 기공의 크기는 상기 희생층 템플레이트의 크기에 비하여 30% - 70% 수축한 15 nm - 3.5 μm의 크기를 가질 수 있다. Here, depending on the size of the sacrificial layer template, the size of the pores formed after the electrospinning can be variously adjusted together with the metal oxide precursor / polymer mixed solution. Here, the size of the pores formed may be 15 nm to 3.5 μm, which is 30% to 70% shrunk compared to the size of the sacrificial layer template.

또한, 상기 형성된 기공은 1차원 금속산화물 표면 및 내부에 형성이 될 수 있으며, 다양한 형상의 기공을 형성할 수 있다. 여기서 기공의 형상은 희생층 템플레이트가 연결되어 형성된 연결된 기공과 희생층 템플레이트가 응집되어 형성된 확대된 기공, 희생층 템플레이트가 1차원 금속산화물 나노섬유 표면에서 내부로 연결된 열린기공 및 희생층 템플레이트가 금속산화물 내부에 포함되어 있는 닫힌기공을 형성할 수 있다. The formed pores may be formed on the surface and inside of the one-dimensional metal oxide, and may form pores of various shapes. Here, the shape of the pores is such that the pores formed by connecting the sacrificial layer template and the enlarged pores formed by aggregating the sacrificial layer template, the open pores connected to the inside of the one-dimensional metal oxide nanofiber surface and the sacrificial layer template, It is possible to form closed pores contained therein.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 촉매가 도포된 희생층 템플레이트는 화학적인 방법인 레이어 바이 레이어 (layer-by-layer) 코팅, 화학 기상 증착(CVD)방법을 이용한 코팅, 원자층 증착(ALD) 방법 등을 이용한 코팅을 통하여 만들어 질 수 있다. 물리적인 방법으로는 물리기상증착방법인 이베포레이션(evaporation) 및 스퍼터링(sputtering)을 통하여 희생층 템플레이트의 표면을 코팅함으로써 촉매를 결착시킬 수 있다. A catalyst-coated sacrificial layer template according to another aspect of the present invention can be formed by a chemical method such as a layer-by-layer coating, a coating using a chemical vapor deposition (CVD) method, an atomic layer deposition And the like. As a physical method, the catalyst can be bound by coating the surface of the sacrificial layer template by physical vapor deposition (evaporation) and sputtering.

여기서 희생층 템플레이트의 표면을 코팅할 수 있는 촉매의 종류로는, Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, Mn, Co, Zn, Sr, W, Ru, Ir, Ta, Sb, In, Pb, Pd중 하나 또는 둘 이상의 금속을 코팅할 수 있으며, 촉매역할을 하는 다양한 금속산화물 Fe2O3, Fe3O4, NiO, CuO, Co3O4, PdO, V2O5, Cr3O4, CeO2, Ag2O, RuO2, IrO2, MnO2 중 하나 또는 둘 이상의 금속산화물을 코팅할 수 있다. The surface of the sacrificial layer template may be coated with at least one of Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, , Sr, W, Ru, Ir, Ta, Sb, in, Pb, can be coated with one or more than one metal of Pd, and various metal oxides Fe 2 O to the catalyst 3, Fe 3 O 4, NiO, CuO , Co 3 O 4 , PdO, V 2 O 5 , Cr 3 O 4 , CeO 2 , Ag 2 O, RuO 2 , IrO 2 and MnO 2 .

구체적으로, 상기 화학적 코팅방법 중 하나인 레이어 바이 레이어 코팅을 이용한 희생층 템플레이트에 촉매 코팅 방법으로는 용액공정을 통하여 촉매가 코팅되는데, 이때 사용되는 촉매는 염의 형태로 희생층 템플레이트에 결착될 수 있다.Specifically, as a catalyst coating method, a catalyst is coated on a sacrificial layer template using a layer-by-layer coating, which is one of the chemical coating methods, through a solution process, and the catalyst used may be bound to a sacrificial layer template in the form of a salt .

여기서 대표적인 염의 형태의 촉매는, platinum(IV) chloride, platinum(II) acetate, gold(I, III) chloride, gold(III) acetate, silver chloride, silver acetate, Iron(III) chloride, Iron(III) acetate, Nickel(II) chloride, Nickel(II) acetate, Ruthenium(III) chloride, Ruthenium Acetate, Iridium(III) chloride, iridium acetate, Tantalum(V) chloride, Palladium(II) chloride 등이 있으며, 어떠한 금속을 포함하는 염의 형태라면 제한을 두지 않으며, 이러한 금속염의 하나 또는 둘 이상의 조합으로 희생층 템플레이트의 표면에 촉매로 코팅을 할 수 있다. (III) acetate, silver (III) acetate, silver chloride, silver acetate, iron (III) chloride, iron (III) chloride and platinum (III) chloride, iridium acetate, tantalum (V) chloride, and palladium (II) chloride. In addition, And any combination of two or more of these metal salts may be coated with a catalyst on the surface of the sacrificial layer template.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 1차원 구조를 가지는 금속산화물 나노섬유 형성은 다양한 종류의 금속산화물 전구체 및 고분자의 혼합과 고온 열처리를 통하여 이루어질 수 있다. 대표적으로, ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0.3La0.57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Ga2O3, CaCu3Ti4O12, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7, Sr2Ta2O7, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-7 중 하나 또는 둘 이상으로 구성될 수 있다.According to still another aspect of the present invention, metal oxide nanofibers having a one-dimensional structure can be formed by mixing various kinds of metal oxide precursors and polymers and heat treatment at a high temperature. Typical examples are ZnO, SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, In 2 O 3 , Zn 2 SnO 4 , Co 3 O 4 , PdO, LaCoO 3 , NiCo 2 O 4, Ca 2 Mn 3 O 8, ZrO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3, V 2 O 5, Cr 3 O 4, CeO 2, Pr 6 O 11, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Ag 2 V 4 O 11, Ag 2 O, Li 0.3 La 0.57 TiO 3 , LiV 3 O 8 , RuO 2 , IrO 2 , MnO 2 , InTaO 4 , ITO, IZO, InTaO 4 , MgO, Ga 2 O 3 , CaCu 3 Ti 4 O 12 , Ag 3 PO 4, may be composed of BaTiO 3, NiTiO 3, SrTiO 3 , Sr 2 Nb 2 O 7, Sr 2 Ta 2 O 7, Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O at least one or both of 3-7.

또한, 상기 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유는 50 nm 내지 10 μm의 직경 범위를 가지고, 길이는 1 μm 내지 100 μm의 범위를 가질 수 있다. The metal oxide nanofibers of the one-dimensional structure may have a diameter in the range of 50 nm to 10 mu m and a length in the range of 1 mu m to 100 mu m.

또한, 상기 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유는 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트에 의하여 다수의 기공이 표면 및 내부에 형성되어 나노섬유의 표면은 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 표면에 형성된 기공위치에는 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 제거되면서 촉매가 전사되어 선택적으로 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있다. 여기서 결착된 촉매는 금속산화물 대비 0.001 wt% 내지 20 wt%의 범위 내에서 중량비를 가질 수 있다.In addition, the metal oxide nanofibers of the one-dimensional structure may have irregular shapes on the surface of the nanofibers by forming a plurality of pores on the surface and inside of the metal oxide nanofibers by the catalyst-coated sacrificial layer template. The porous metal oxide nanofibers may be formed by selectively transferring the catalyst while the sacrificial layer template coated with the catalyst is removed. The catalyst may have a weight ratio in the range of 0.001 wt% to 20 wt% relative to the metal oxide.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 선택적 촉매의 결착 및 다수의 기공이 형성된 다공성 1차원 금속산화물 나노섬유를 이용한 감지소재는 본 발명에 따른 가스 센서용 부재를 구비하여 구성되며, 특정한 가스의 농도를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a sensing material using a porous 1-dimensional metal oxide nanofibers formed by binding a selective catalyst and a plurality of pores, comprising a member for a gas sensor according to the present invention, .

여기서 상기 제작된 선택적으로 촉매가 결착된 다공성 1차원 금속산화물 나노섬유는 효과적인 기공분포에 의하여 가스가 쉽게 침투할 수 있는 공간을 제공하며, 표면 형상의 변화를 통하여 가스와 반응할 수 있는 표면적을 늘릴 수 있다. 또한, 기공에 선택적으로 결착된 촉매에 의하여 가스 감지 시 촉매 효과를 이용하여 우수한 가스감지 특성을 나타낼 수 있다. Here, the prepared porous one-dimensional metal oxide nanofibers selectively bound to the catalyst provide a space through which gas can easily permeate due to an effective pore distribution and increase the surface area capable of reacting with the gas through the change of the surface shape . In addition, by the catalyst selectively bound to the pores, it is possible to exhibit excellent gas sensing characteristics by utilizing the catalytic effect upon gas sensing.

여기서, 상기 가스 센서는 사람의 날숨으로부터 특정 휘발성 유기화합물 가스의 농도를 감지하여 질병의 유무를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 실내 및 실외의 유해한 환경가스를 감지할 수 있다.Here, the gas sensor senses the concentration of a specific volatile organic compound gas from a person's exhalation to determine the presence or absence of a disease, and can detect harmful environmental gases in the room and outdoor.

본 발명에 따르면, 1차원 구조를 가지는 금속산화물 나노섬유를 제작하는데 있어, 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 사용하여 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 다수의 기공을 형성하여 가스의 침투성과 가스가 반응할 수 있는 표면적을 늘리는 동시에, 기공이 형성된 자리에는 선택적으로 촉매를 결착시켜 가스반응 시 촉매반응을 활성화시켜, 효과적으로 가스를 감지할 수 있는 가스 센서용 부재를 제작함으로써, 간단한 검출 과정을 통하여 극미량의 가스를 검출해 낼 수 있는 높은 감도 특성과 함께, 다양한 가스에 대한 검출이 가능하도록 우수한 선택성을 가지고, 대량 생산이 가능한 가스 센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조 방법을 개시할 수 있는 효과를 갖는다.According to the present invention, in the production of a metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure, a sacrificial layer template coated with a catalyst is used to form a plurality of pores on the surface and inside of the one-dimensional metal oxide nanofiber, And the gas sensor can be effectively detected by activating the catalytic reaction during the gas reaction by selectively attaching the catalyst to the sites where the pores are formed, A gas sensor member, a gas sensor, and a method for manufacturing the gas sensor, which can be mass-produced with excellent selectivity so as to be able to detect various gases with a high sensitivity characteristic capable of detecting a trace amount of gas through the gas sensor Effect.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적으로 촉매가 결착된 1차원 다공성 금속산화물 반도체 나노섬유를 이용한 가스 센서용 부재의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 이용하여 선택적으로 기공이 형성된 위치에 촉매가 결착된 1차원 다공성 금속산화물 반도체 나노섬유를 이용한 가스 센서 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매가 코팅되지 않은 폴리스티렌(Polystyrene) 희생층 템플레이트의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Pd 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 Pt 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트의 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 Pd 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트와 텅스텐 산화물 전구체/폴리비닐피롤리돈(PVP) 복합물질을 전기방사 기술을 통하여 1차원 나노섬유를 형성한 후의 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Pd 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트를 포함하는 텅스텐 산화물 전구체/폴리비닐피롤리돈(PVP) 복합나노섬유의 고온열처리 공정을 거친 후의 주사전자현미경 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 Pd 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트를 이용해 제작된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 사진 및 선택적으로 Pd 촉매가 결착된 위치의 성분분석이다.
도 9는 본 발명의 일 비교예에 따른 Pd 촉매가 코팅된 폴리스티렌 희생층 템플레이트를 포함하지 않은 순수한 텅스텐 산화물 전구체/ 폴리비닐피롤리돈(PVP) 복합나노섬유의 고온열처리 공정을 거친 후의 주사전자현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 위치에 Pd 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서의 350 °C에서 톨루엔 가스(1-5 ppm)에 대한 반응성 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 위치에 Pd 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서의 350 °C에서 아세톤 가스(1-5 ppm)에 대한 반응성 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 위치에 Pd 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서의 350 °C에서 황화수소 가스(1-5 ppm)에 대한 반응성 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적인 위치에 Pd 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서의350 °C에서 톨루엔 및 다종의 바이오마커가스(에탄올, 일산화탄소, 일산화질소, 암모니아, 펜탄)에 대한 1 ppm 에서의 반응성 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
FIG. 1 is a schematic view of a member for a gas sensor using one-dimensional porous metal oxide semiconductor nanofibers selectively catalyzed according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a method of manufacturing a gas sensor using a one-dimensional porous metal oxide semiconductor nanofibers in which a catalyst is selectively bonded at a position where pores are selectively formed using a sacrificial layer template coated with a catalyst according to an embodiment of the present invention.
3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a polystyrene sacrificial layer template that is not coated with a catalyst according to an embodiment of the present invention.
4 is a scanning electron micrograph of a Pd catalyst coated polystyrene sacrificial layer template according to an embodiment of the present invention.
5 is a scanning electron microscope (SEM) image of a Pt-coated polystyrene sacrificial layer template according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Pd catalyst-coated polystyrene sacrificial layer template and the tungsten oxide precursor / polyvinylpyrrolidone (PVP) composite material after the formation of the one-dimensional nanofibers through the electrospinning technique according to an embodiment of the present invention It is an electron microscope photograph.
FIG. 7 is a scanning electron micrograph of a tungsten oxide precursor / polyvinylpyrrolidone (PVP) composite nanofiber comprising a polystyrene sacrificial layer template coated with a Pd catalyst according to an embodiment of the present invention after a high temperature heat treatment process .
FIG. 8 is a scanning electron micrograph of porous tungsten oxide nanofibers prepared using a polystyrene sacrificial layer template coated with a Pd catalyst according to an embodiment of the present invention, and selectively analyzing the components at positions where the Pd catalyst is bound.
9 is a graph showing the results of a scanning electron microscope (SEM) of a pure tungsten oxide precursor / polyvinylpyrrolidone (PVP) composite nanofiber without a Pd catalyst coated polystyrene sacrificial layer template according to a comparative example of the present invention, It is a photograph.
10 is a graph showing the reactivity of a gas sensor using a one-dimensional porous tungsten oxide nanofibers having a Pd catalyst bonded at an optional position according to an embodiment of the present invention to toluene gas (1-5 ppm) at 350 ° C to be.
11 is a graph of reactivity of a gas sensor using a one-dimensional structure of porous tungsten oxide nanofibers with a Pd catalyst bonded at an optional position according to an embodiment of the present invention to acetone gas (1-5 ppm) at 350 ° C to be.
12 is a graph of the reactivity of a gas sensor using a one-dimensional structure of porous tungsten oxide nanofibers in which a Pd catalyst is bonded at an optional position according to an embodiment of the present invention, at 350 ° C for hydrogen sulfide gas (1-5 ppm) to be.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the concentration of toluene and various biomarker gases (ethanol, carbon monoxide, carbon monoxide, and the like) at 350 ° C of a gas sensor using porous tungsten oxide nanofibers having a one- Nitrogen monoxide, ammonia, pentane) at 1 ppm.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

이하, 선택적으로 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 금속산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a gas sensor member, a gas sensor and a method of manufacturing the same using a porous metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure with a catalyst selectively bonded will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 1차원 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 다수의 기공을 형성시킴과 동시에, 기공이 형성된 위치에 선택적으로 촉매를 결착시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 종래에는 금속산화물의 가스감지특성을 향상시키기 위하여 비표면적과 기공도를 향상시키는 공정방법의 개발에 관한 연구가 진행되어 왔으며, 이와 더불어 금속 또는 금속산화물을 촉매로 합성하여 1차원 구조의 금속산화물에 결착시키는 연구가 진행되어 왔다. 이러한 연구는 1차원 구조의 금속산화물에 기공을 형성하는 공정과, 복잡한 촉매를 합성하여 결착시키는 공정이 별도로 필요하다는 단점을 가지고 있다. 특히, 금속 또는 금속산화물 촉매를 추가적으로 합성하는 경우 그 공정이 복잡해지고 시간과 비용이 많이 소모될 수 있다는 점이 단점으로 나타나고 있다. The present invention is characterized in that a plurality of pores are formed on the surface and inside of the one-dimensional metal oxide nanofiber, and the catalyst can be selectively bound to the pores. Conventionally, studies have been made on the development of a process for improving specific surface area and porosity in order to improve the gas sensing characteristics of metal oxides. In addition, a metal or metal oxide is synthesized by a catalyst, Research has been carried out to make it conclude. This research has a disadvantage that a process of forming pores in a metal oxide of a one-dimensional structure and a process of synthesizing and binding a complex catalyst are separately required. In particular, when a metal or metal oxide catalyst is additionally synthesized, the process becomes complicated, and it is disadvantageous that it may be time consuming and costly.

이러한 단점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 사용하여 금속산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액과 함께 전기방사를 수행할 경우, 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 표면 및 내부에 결착될 수 있으며, 고온 열처리 과정을 거치게 되면 희생층 템플레이트는 제거되면서 다수의 기공을 형성하며, 동시에 촉매는 금속산화물 나노섬유에 결착이 이루어져, 기공의 형성과 기공이 형성된 위치에 선택적으로 촉매를 결착시킬 수 있다는 손쉬운 공정과정을 가질 수 있다. 여기서 선택적 위치에 촉매가 결착된 1차원 구조의 다공성 금속산화물 나노섬유는 희생층 템플레이트에 의하여 형성된 기공에 의하여 가스가 쉽게 침투할 수 있을 뿐만 아니라, 향상된 비표면적에 의하여 가스의 효과적인 표면반응을 유도하여 고감도 가스감지소재를 제작할 수 있다. 또한, 선택적으로 결착된 촉매에 의하여 효과적인 촉매 반응을 통해 가스 감지특성의 향상을 기대할 수 있으며, 다양한 가스에 대한 검출이 가능하도록 우수한 선택성을 나타낼 수 있고, 효율적인 공정으로 생산이 가능한 가스 센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다.In order to overcome this disadvantage, in the present invention, when a sacrificial layer template coated with a catalyst is used for electrospinning together with a metal oxide precursor / polymer mixed solution, a sacrificial layer template coated with a catalyst is mixed with a metal oxide precursor / The sacrificial layer template is removed and a large number of pores are formed. At the same time, the catalyst is bound to the metal oxide nanofibers, and the pores are formed and the pores are formed And the catalyst can be selectively bound to the catalyst. Here, the porous metal oxide nanofibers having a one-dimensional structure in which the catalyst is bound to the selective site can easily penetrate the gas by the pores formed by the sacrificial layer template and induce an effective surface reaction of the gas by the improved specific surface area A sensitive gas sensing material can be produced. In addition, it is possible to provide a gas sensor member capable of exhibiting excellent selectivity so as to be able to detect various gases and capable of being produced in an efficient process, capable of expecting an improvement in gas sensing characteristics through an effective catalytic reaction by selectively bound catalyst, A gas sensor and a manufacturing method thereof can be implemented.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차원 구조의 금속산화물 반도체 나노섬유(110)와 다수의 기공이 형성되고 기공위치에 선택적으로 촉매가 결착된 센서용 부재(100)의 모식도를 도시하고 있다. 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 금속산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액과 함께 전기방사하여 제작된 나노섬유를 고온에서 열처리과정을 거치게 되면, 표면 및 내부에 다수의 기공 (121), (122)을 형성시키며, 형성된 기공이 위치한 곳은 코팅되어있던 촉매가 금속산화물 나노섬유에 전사되어 선택적으로 촉매를 결착(123)시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. 1 is a schematic view of a member 100 for a sensor in which a metal oxide semiconductor nanofiber 110 having a one-dimensional structure according to an embodiment of the present invention and a plurality of pores are formed and a catalyst is selectively bound to a pore position have. When the nanofibers prepared by electrospinning the sacrificial layer template coated with the catalyst together with the metal oxide precursor / polymer blend solution are subjected to heat treatment at a high temperature, numerous pores 121 and 122 are formed on the surface and inside thereof And the coated catalyst is transferred to the metal oxide nanofibers where the pores are formed, thereby selectively binding the catalyst 123.

여기서 희생층 템플레이트는 고온 열처리시 제거될 수 있는 템플레이트를 말하며 희생층 템플레이트의 모양에는 특별한 제약을 두지 않는다. 구체적으로, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴에시드(PAA), 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 될 수 있다. 또한, 희생층 템플레이트는 50 nm - 5 μm의 범위에서 크기를 가지며, 전기방사 용액과 함께 혼합되었을 때, 제거되지 않고 분산되는 특징을 가진다. Here, the sacrificial layer template refers to a template that can be removed during the high-temperature heat treatment, and there is no particular restriction on the shape of the sacrificial layer template. Specific examples of the solvent include polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS) and polyacrylonitrile And may be a mixture of one or two or more selected from the group consisting of lithium fluoride (PVDF), polyacrylic acid (PAA), polydianil dimethylammonium chloride (PDADMAC) and polystyrene sulfonate (PSS). In addition, the sacrificial layer template has a size ranging from 50 nm to 5 μm and is characterized by being dispersed without being removed when mixed with the electrospinning solution.

또한, 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 기술은 화학적 및 물리적 방법이 존재하나, 본 발명에서는 화학적 방법인 레이어 바이 레이어(layer-by-layer) 방법을 이용하여 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 과정을 거쳤다. 레이어 바이 레이어 코팅 방법은 전하를 띠는 고분자를 희생층 템플레이트에 결착 시킨 후, 이어서 전하를 띠는 촉매 전구체를 표면에 코팅하는 방법이다. 여기서 전하를 띠는 대표적인 고분자로는 양의 전하를 띠는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC), 음의 전하를 띠는 폴리스티렌설포네이트(PSS)가 있다. 또한, 촉매 전구체는 대표적으로, platinum(IV) chloride, platinum(II) acetate, gold(I, III) chloride, gold(III) acetate, silver chloride, silver acetate, Iron(III) chloride, Iron(III) acetate, Nickel(II) chloride, Nickel(II) acetate, Ruthenium(III) chloride, Ruthenium Acetate, Iridium(III) chloride, iridium acetate, Tantalum(V) chloride, Palladium(II) chloride 등이 있으며 이중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 코팅이 이루어질 수 있다. In addition, although there is a chemical and physical method for coating the sacrificial layer template with a catalyst, the present invention uses a chemical layer-by-layer method to coat the sacrificial layer template with a catalyst I have. The layer-by-layer coating method is a method in which a charged polymer is bound to a sacrificial layer template, and then a charged catalyst precursor is coated on the surface. A representative example of a charged polymer is polyadenyl dimethyl ammonium chloride (PDADMAC) having a positive charge and polystyrene sulfonate (PSS) having a negative charge. In addition, the catalyst precursor is typically selected from platinum (IV) chloride, platinum (II) acetate, gold (III) chloride, (III) chloride, iridium acetate, Tantalum (V) chloride, and Palladium (II) chloride. Among them, one or two The coating can be made in the above combination.

또한, 촉매를 코팅하는 단계에서 금속염의 형태뿐만 아니라, 금속 또는 금속산화물 나노입자를 전하를 띠는 폴리스티렌 템플레이트에 결착함으로써 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 형성할 수 있다. 대표적인 나노입자는, Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, Mn, Co, Zn, Sr, W, Ru, Ir, Ta, Sb, In, Pb, Pd중 하나 또는 둘 이상의 금속을 코팅할 수 있으며, 촉매역할을 하는 다양한 금속산화물 Fe2O3, Fe3O4, NiO, CuO, Co3O4, PdO, V2O5, Cr3O4, CeO2, Ag2O, RuO2, IrO2, MnO2 중 하나 또는 둘 이상의 금속산화물을 코팅할 수 있다. 이러한 나노입자들의 크기는 1 nm 내지 10 nm의 크기 범위를 가지는 것이 바람직하다. 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅할 수 있는 방법이라면 특별한 방법의 제한을 두지 않는다. In addition, in the step of coating the catalyst, a catalyst-coated polystyrene template can be formed by binding to a charged polystyrene template, in addition to the form of metal salt, metal or metal oxide nanoparticles. Representative nanoparticles are nanoparticles of Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, Mn, Co, Zn, Sr, W, Ru, , In, Pb and Pd, and can be coated with various metal oxides Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, CuO, Co 3 O 4 , PdO, V 2 O 5 , Cr 3 O 4 , CeO 2 , Ag 2 O, RuO 2 , IrO 2 , and MnO 2 . The size of such nanoparticles is preferably in the range of 1 nm to 10 nm. There is no particular limitation to the method as long as the method can coat the sacrificial layer template with the catalyst.

여기서 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트는 전기방사된 나노섬유 내부 및 표면에 결착될 수 있으며, 고온 열처리과정에서 희생층 템플레이트는 분해되어 제거될 수 있는 것을 특징으로 한다. Here, the sacrificial layer template coated with the catalyst can be bound to the inside and the surface of the electrospun nanofiber, and the sacrificial layer template can be decomposed and removed in the high temperature heat treatment process.

또한, 1차원 금속산화물 나노섬유는 전기방사 기술을 이용하여 형성할 수 있으며, 금속산화물 전구체/고분자를 혼합한 전기방사 용액을 방사하여 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성할 수 있으며, 추가적인 고온 열처리 공정을 거쳐 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유를 제작할 수 있다. 형성된 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유의 직경은 50 nm 내지 10 μm의 직경 범위를 가지고, 길이는 1 μm 내지 100 μm의 범위를 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the one-dimensional metal oxide nanofibers can be formed using electrospinning technology. The metal oxide precursor / polymer composite nanofiber can be formed by spinning an electrospinning solution in which a metal oxide precursor / polymer is mixed, The metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure can be produced through a heat treatment process. The diameter of the metal oxide nanofibers of the formed one-dimensional structure is in the range of 50 nm to 10 μm and the length is in the range of 1 μm to 100 μm.

상기 1차원 금속산화물 나노섬유는, 가스가 주입되었을 때 저항 변화를 나타내는 금속산화물 반도체라면 특별한 제한이 없이 사용될 수 있으나, 보다 구체적으로는, ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0.3La0.57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Ga2O3, CaCu3Ti4O12, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7, Sr2Ta2O7, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-7 중 하나 또는 둘 이상으로 구성하는 것이 바람직하다.The one-dimensional metal oxide nanofiber may be a metal oxide semiconductor which exhibits a resistance change when a gas is injected. The metal oxide semiconductor may be ZnO, SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4, NiO, TiO 2, CuO, In 2 O 3, Zn 2 SnO 4, Co 3 O 4, PdO, LaCoO 3, NiCo 2 O 4, Ca 2 Mn 3 O 8, ZrO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3, V 2 O 5, Cr 3 O 4, CeO 2, Pr 6 O 11, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Ag 2 V 4 O 11, Ag 2 O, Li 0.3 La 0.57 TiO 3, LiV 3 O 8, RuO 2, IrO 2 , MnO 2 , InTaO 4 , ITO, IZO, InTaO 4 , MgO, Ga 2 O 3 , CaCu 3 Ti 4 O 12 , Ag 3 PO 4 , BaTiO 3 , NiTiO 3 , SrTiO 3 , Sr 2 Nb 2 O 7 , Sr 2 Ta 2 O 7, and Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-7 .

여기서 금속산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액에 상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 첨가하여 함께 방사할 시, 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 표면 및 내부에 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 결착될 수 있다. 고온 열처리과정을 거치면서 고분자 및 희생층 템플레이트는 제거되게 되며, 금속산화물 전구체는 산화되어 금속산화물을 형성하며, 희생층 템플레이트에 코팅되어있던 촉매는 금속산화물 표면으로 전사되어 결착되게 되는 것을 특징으로 한다. 여기서 분해된 희생층 템플레이트에 의하여 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에는 다수의 기공을 형성하게 되며, 기공의 크기는 희생층 템플레이트의 크기에 비하여 30% - 70% 범위에서 수축된 크기를 가지게 되어, 15 nm - 3.5 μm의 크기를 가지는 것을 특징으로 한다. 기공의 형상은 희생층 템플레이트가 결착된 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 나노섬유 표면에 위치할 경우, 열린구조의 기공(122)을 형성할 수 있으며, 전구체/고분자 나노섬유 내부에 위치할 경우 닫힌 구조의 기공(121)을 형성 할 수 있다. Here, when the sacrificial layer template coated with the catalyst is added to the metal oxide precursor / polymer blend solution and spun together, the sacrificial layer template coated with the catalyst may be bound to the surface of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber and the inside thereof . The polymer and the sacrificial layer template are removed while the high temperature heat treatment is performed, the metal oxide precursor is oxidized to form a metal oxide, and the catalyst coated on the sacrificial layer template is transferred and bound to the metal oxide surface . The disassembled sacrificial layer template forms a large number of pores on the surface and inside of the one-dimensional metal oxide nanofibers. The pore size of the sacrificial layer template is 30% to 70% And has a size of 15 nm - 3.5 μm. The shape of the pores may vary depending on where the sacrificial layer template is tied. For example, if the sacrificial layer template is located on the surface of the metal oxide precursor / polymer nanofiber, it can form open pores 122. If the sacrificial layer template is located inside the precursor / polymer nanofiber, ) Can be formed.

또한, 고분자 표면에 코팅되어있던 촉매는 금속산화물 나노섬유 표면으로 전사되어 선택적 위치에 촉매가 결착된 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유(100)를 제작할 수 있다. 촉매는 기공이 형성된 위치에 선택적으로 결착이 이루어지며(123), 결착된 촉매의 중량은 금속산화물 대비 0.001 wt% - 20 wt% 의 범위를 가지는 것이 적절하다. 또한, 금속산화물 나노섬유에 전사되어 결착된 촉매는 폴리스티렌 템플레이트 표면에 코팅된 촉매의 양에 따라 달라질 수 있으며, 코팅된 촉매의 양이 적어 분산된 입자형태로 코팅된다면, 금속산화물 나노섬유에 전사된 촉매의 형상도 입자형상을 가질 수 있으며, 폴리스티렌 템플레이트 표면에 코팅된 촉매의 양이 많아 연속된 박막의 형태로 촉매가 코팅된다면, 금속산화물 나노섬유에 전사된 촉매의 형상도 연속된 박막 형태를 가지거나, 또는 열처리 과정에서, 소성 수축 등을 거쳐 얇은 막이 깨져서 전사되어 불규칙한 판상형 막의 형태로 코팅될 수 있는 것을 특징으로 한다. In addition, the catalyst coated on the surface of the polymer can be transferred to the surface of the metal oxide nanofiber, and the metal oxide nanofiber 100 having the one-dimensional structure in which the catalyst is bound to the selective site can be produced. It is preferable that the catalyst is selectively bound at a position where the pores are formed (123), and the weight of the bound catalyst is in the range of 0.001 wt% to 20 wt% relative to the metal oxide. The catalyst transferred and bound to the metal oxide nanofibers may vary depending on the amount of the catalyst coated on the surface of the polystyrene template. If the amount of the coated catalyst is small and coated in the form of dispersed particles, the catalyst transferred to the metal oxide nanofibers If the catalyst is coated in the form of a continuous thin film because the amount of the catalyst coated on the surface of the polystyrene template is large, the shape of the catalyst transferred onto the metal oxide nanofibers may have a continuous thin film shape Or in a heat treatment process, the thin film may be broken and transferred through plastic shrinkage or the like to be coated in the form of an irregular plate-like film.

여기서 촉매가 입자형태로 폴리스티렌 템플레이트 표면에 결착이 이루어지면, 고온열처리를 거쳐 금속산화물 나노섬유로 전사되는 촉매 입자는 기공 위치에 촉매간에 응집이나 엉김 없이 촉매가 결착될 수 있는 것을 특징으로 한다. When the catalyst is bound to the surface of the polystyrene template in the form of particles, the catalyst particles transferred to the metal oxide nanofibers through the high-temperature heat treatment are characterized in that the catalyst can bind to the pores without agglomeration or entanglement among the catalysts.

또한, 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트의 양을 정량적으로 조절하면, 기공의 분포 및 촉매의 결착량을 정량적으로 조절 할 수 있어, 효과적으로 기공의 형성 및 촉매가 결착된 감지소재를 개발 할 수 있어, 다종의 가스 센서용 부재를 쉽고 빠르게 제작할 수 있다는 장점도 가질 수 있다.In addition, by quantitatively adjusting the amount of the sacrificial layer template coated with the catalyst, the distribution of the pores and the amount of the catalyst to be bound can be quantitatively controlled, thereby effectively forming the pores and developing the sensing material to which the catalyst is bound, It is possible to easily and quickly manufacture various gas sensor members.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 이용하여 얻어진 선택적인 위치에 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서 제조 방법의 순서도를 도시하고 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 이용하여 얻어진 선택적인 위치에 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유(100)의 제조 방법은, 고분자 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 단계(S210), 상기 촉매가 코팅된 고분자 희생층 템플레이트를 포함하는 금속산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사 용액을 제조하는 단계(S220), 전기방사기술을 이용하여 상기 촉매가 코팅된 고분자 희생층 템플레이트를 첨가한 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성하는 단계(S230), 고온 열처리를 통하여 상기 고분자 희생층 템플레이트 및 고분자를 제거시키고, 금속산화물 전구체를 산화시켜 상기 고분자 희생층 템플레이트가 열분해 됨에 따라 기공이 형성되고, 상기 고분자 희생층 템플레이트에 코팅된 촉매가 나노섬유로 전사되어 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유를 형성하는 단계(S240)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제작된 복합 나노섬유를 고온에서 열처리과정을 거침으로써 1차원 구조를 가지는 금속산화물 나노섬유의 표면 및 내부에 다수의 기공(121), (122)을 형성시킬 수 있으며, 동시에 기공이 형성된 위치에 촉매를 결착(123)시킬 수 있다.FIG. 2 is a flow chart of a method of manufacturing a gas sensor using porous metal oxide nanofibers in which a catalyst is bonded at an optional position obtained by using a catalyst-coated sacrificial layer template according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a method for producing a porous metal oxide nanofiber 100 in which a catalyst is bound to an optional position obtained by using a catalyst-coated sacrificial layer template according to an embodiment of the present invention, (S210) coating the sacrificial layer template with a catalyst (S210), preparing a metal oxide precursor / polymer mixed electrospinning solution containing the polymer-sacrificial layer template coated with the catalyst (S220) (S230) of forming a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by adding a polymer sacrificial layer template coated with the polymer sacrificial layer template (S230), removing the polymer sacrificial layer template and the polymer through a high temperature heat treatment, oxidizing the metal oxide precursor, As the layer template is pyrolyzed, pores are formed, and the polymer sacrificial layer template is coated And a step (S240) of forming the bound porous metal oxide nanofibers by transferring the catalyst to the nanofibers. At this time, the fabricated composite nanofibers can be heat-treated at a high temperature to form a plurality of pores 121 and 122 on the surface and inside of the metal oxide nanofibers having a one-dimensional structure. At the same time, (Not shown).

먼저, 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 단계(S210)에 대하여 살핀다.First, a step S210 of coating the catalyst on the sacrificial layer template is discussed.

상기, 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 방법은 화학적 및 물리적 방법이 존재하며, 코팅이 가능한 방법이면 특별히 방법에 제한을 두지 않는다. 예를 들어, 본 발명에서는 레이어 바이 레이어 방법을 이용하여 촉매를 희생층 템플레이트에 코팅하였다. 레이어 바이 레이어 방법은 용액공정을 기반으로 진행되며, 희생층 템플레이트의 표면에 존재하는 전하를 이용하여 코팅하는 방법이다. 여기서 희생층 템플레이트와 상반되는 전하를 띠는 고분자를 코팅하고, 다음으로 상반되는 전하를 띠는 촉매 전구체를 코팅함으로써, 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 제작할 수 있다. The method of coating the catalyst on the sacrificial layer template has chemical and physical methods, and the method is not particularly limited as long as the method is capable of coating. For example, in the present invention, the catalyst was coated on the sacrificial layer template using the layer by layer method. The layer-by-layer method is based on a solution process and is a method of coating using the charge existing on the surface of the sacrificial layer template. Here, a sacrificial layer template coated with a catalyst can be prepared by coating a polymer having a charge opposite to that of the sacrificial layer template, and then coating a catalyst precursor having a charge opposite to that of the sacrificial layer template.

레이어 바이 레이어 코팅 방법에서 사용하는 희생층 템플레이트는 용매에 콜로이드(colloid) 형태로 분산되어있는 것을 특징으로 한다. 희생층 템플레이트는 고온에서 분해되는 것을 특징으로 하는 물질이면 특정 물질에 제한을 두지 않는다. 대표적으로, 고온에서 분해될 수 있는 고분자인, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리아크릴에시드(PAA), 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC), 폴리스티렌설포네이트(PSS) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 될 수 있다. The sacrificial layer template used in the layer-by-layer coating method is characterized in that it is dispersed in a colloid form in a solvent. The sacrificial layer template does not limit the specific substance as long as it is characterized by decomposition at high temperature. Typically, polymers such as polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), and poly A mixture of at least one member selected from acrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylic acid (PAA), polydanediamethyl ammonium chloride (PDADMAC) and polystyrene sulfonate (PSS) .

분산된 희생층 템플레이트에 전하를 띠는 고분자를 코팅함으로써 표면에 전하 상태를 변화시킬 수 있다. 대표적으로, 양의 전하를 띠는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드(PDADMAC), 음의 전하를 띠는 폴리스티렌설포네이트(PSS) 고분자들을 이용하여 희생층 템플레이트의 표면에 양의 전하 또는 음의 전하로 변화시킬 수 있다. 희생층 템플레이트에 전하를 띠는 고분자를 코팅하는 구체적인 방법으로는, 희생층 템플레이트가 분산된 용액을 전하가 띠는 고분자가 분산된 용액과 균일하게 혼합시켜 준다. 그 후, 원심분리를 통하여 전하를 띠는 고분자가 코팅된 템플레이트를 걸러내고, 희생층 템플레이트 표면에 결착되지 않은 전하를 띠는 고분자는 제거시킨다. 동일하게 전하를 띠는 고분자를 희생층 템플레이트와 혼합하고, 원심분리를 통하여 걸러주는 과정을 반복하여 표면에 띠는 전하를 변화시켜 줄 수 있다. The charge state of the surface of the sacrificial layer can be changed by coating the charged polymer on the sacrificial layer template. Typically, a positive charge or negative charge is applied to the surface of the sacrificial layer template using polydanediamethylammonium chloride (PDADMAC) with positive charge, polystyrene sulfonate (PSS) polymers with negative charge Can be changed. As a specific method of coating the chargeable polymer on the sacrificial layer template, the sacrificial layer template is uniformly mixed with the solution in which the chargeable polymer is dispersed. Thereafter, centrifugation separates the charged polymer-coated template and removes the charged polymer that does not bind to the surface of the sacrificial layer template. The charged polymer can be mixed with the sacrificial layer template and filtered through centrifugation to change the charge on the surface.

이어서, 표면에 전하가 형성된 희생층 템플레이트에 촉매를 코팅하는 단계에 대하여 설명한다. 금속 염의 형태로 용매에 녹여 이온상태에서 전하를 띠는 희생층 템플레이트 표면에 결착될 수 있다. 구체적으로, 상기 전하를 띠는 고분자가 코팅된 희생층 템플레이트가 분산된 용액과 촉매염이 분산되어 있는 용액을 균일하게 혼합한다. 전하를 띠는 고분자가 코팅된 희생층 템플레이트 표면에 촉매염이 결착될 수 있도록 충분한 시간동안 균일하게 혼합하여 준다. 이어서 고분자가 코팅된 희생층 템플레이트와 반응하지 않은 촉매 염은 원심분리를 통하여 제거하여 준다. 촉매는 대표적인 금속 염으로는, platinum(IV) chloride, platinum(II) acetate, gold(I, III) chloride, gold (III) acetate, silver chloride, silver acetate, Iron(III) chloride, Iron(III) acetate, Nickel(II) chloride, Nickel(II) acetate, Ruthenium(III) chloride, Ruthenium Acetate, Iridium(III) chloride, iridium acetate, Tantalum(V) chloride, Palladium(II) chloride 등이 있으며 이중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 전하를 띠는 희생층 템플레이트 표면에 코팅이 이루어질 수 있다. Next, a step of coating a catalyst on a sacrificial layer template having a charge on its surface will be described. It may be dissolved in a solvent in the form of a metal salt and attached to the surface of the sacrificial layer template which is charged in the ionic state. Specifically, the solution in which the charge-trapping polymer-coated sacrificial layer template is dispersed and the solution in which the catalyst salt is dispersed are uniformly mixed. The charge is uniformly mixed for a sufficient period of time to allow the catalytic salt to bind to the surface of the sacrificial layer template coated with the polymer. Subsequently, the sacrificial layer template coated with the polymer and the unreacted catalyst salt are removed by centrifugation. Catalysts include platinum (IV) chloride, platinum (II) acetate, gold (III) chloride, (III) chloride, iridium acetate, Tantalum (V) chloride, and Palladium (II) chloride. Among them, one or two The coating can be applied to the surface of the sacrificial layer template that is charged with the above combination.

상기 촉매가 코팅된 희생층 고분자 템플레이트는 전기방사 시 제작되는 전기방사 용액에 균일하게 분산되어 사용될 수 있다. The sacrificial polymer template coated with the catalyst may be uniformly dispersed in an electrospinning solution prepared by electrospinning.

다음으로, 상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 포함하는 금속산화물 전구체 및 고분자가 함께 용해된 전기방사 용액을 제조하는 단계(S220)에 대하여 살핀다. Next, a step S220 of preparing an electrospinning solution in which the metal oxide precursor including the sacrificial layer template coated with the catalyst and the polymer are dissolved together will be described.

전기방사 기술을 통하여 제작되는 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유는 금속산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사 용액의 제조부터 시작된다. 전기방사용액은 상기 금속산화물 전구체와 고분자를 함께 혼합하여 용해시킨 용액으로 제작된다. 상기 금속산화물 전구체는 금속을 포함하는 염으로 구성되며, 대표적으로 유기산염, 할로겐염, 무기산염, 알콕시염, 설파이드염, 아미드염 등이 될 수 있다. 구체적으로, 아세테이트, 클로라이드, 아세틸아세토네이트, 나이트레이트, 메톡시드, 에톡시드, 부톡시드, 이소프로폭시드, 설파이드, 옥시트리이소프로폭시드, (에틸 또는 세틸에틸) 헥사노에이트, 부타노에이트, 에틸아미드, 아미드 등의 형태를 가지는 금속염 중에서 선택된 어느 하나 내지는 둘 이상의 혼합염이 사용될 수 있다. The one - dimensional structure of metal oxide nanofibers fabricated by electrospinning technology begins with the preparation of a metal oxide precursor / polymer mixed electrospinning solution. The electric spinning solution is prepared by dissolving the metal oxide precursor and the polymer mixed together. The metal oxide precursor is composed of a salt containing a metal and may be typically an organic acid salt, a halogen salt, an inorganic acid salt, an alkoxy salt, a sulfide salt, an amide salt, and the like. Specifically, there may be mentioned, for example, acetates, chlorides, acetylacetonates, nitrates, methoxides, ethoxides, butoxides, isopropoxide, sulfides, oxytriisopropoxide, (ethyl or cetylethyl) hexanoate, , Ethylamide, amide, and the like can be used.

또한, 상기 고분자는 PVAc(폴리비닐아세테이트), PVP(폴리비닐피롤리돈), PVA(폴리비닐알콜), PEO(폴리에틸렌 옥사이드), PANi(폴리아닐린), PAN(폴리아크릴로니트릴), PMMA(폴리메틸메타아크릴레이트), PAA(폴리아크릴산), 또는 PVC(폴리비닐클로라이드)가 될 수 있으며, 용매에 용해되어 고분자 나노섬유를 형성할 수 있는 고분자라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.Also, the polymer may be selected from the group consisting of PVAc (polyvinyl acetate), PVP (polyvinylpyrrolidone), PVA (polyvinyl alcohol), PEO (polyethylene oxide), PANi (polyaniline), PAN (polyacrylonitrile) Methyl methacrylate), PAA (polyacrylic acid), or PVC (polyvinyl chloride), and can be used without any particular limitation as long as it is a polymer capable of being dissolved in a solvent to form polymer nanofibers.

또한, 상기 금속산화물 전구체 및 고분자를 용해시키는 용매는 디메틸포름아미드(DMF), 에탄올, 아세톤, 물 등이 있으며, 상기 금속산화물 전구체 및 고분자를 용해시킬 수 있는 용매라면 용매선택에 있어서 제약을 두지 않는다. The solvent for dissolving the metal oxide precursor and the polymer is dimethylformamide (DMF), ethanol, acetone, water, etc. If the solvent is capable of dissolving the metal oxide precursor and the polymer, .

상기 방사 용액은 용질인 금속산화물 전구체, 고분자 및 용매의 함량을 조절하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 방사 용액은 금속 전구체를 5 - 30 중량비(wt%)의 범위 내에서, 고분자를 5 - 20 중량비(wt%)의 범위 내에서 포함하고 나머지 중량비에 해당하는 용매를 포함하여 구성될 수 있다.The spinning solution may be prepared by controlling the content of the metal oxide precursor, the polymer, and the solvent, which are solutes. For example, the spinning solution may comprise a solvent comprising a metal precursor in a range of 5 to 30 weight percent (wt%), a polymer in a range of 5 to 20 weight percent (wt%), .

상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 포함하는 금속산화물 전구체 및 고분자가 함께 용해된 전기방사 용액을 제작하기 위해서는 상기 금속산화물 전구체 및 고분자가 용해되어있는 용매에 상기 제작된 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트 분산용액을 함께 혼합함으로써 이루어질 수 있다. 상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트 분산용액 및 금속산화물 전구체/고분자가 용해된 용액을 혼합하여 교반하게 되는데, 교반 온도는 25 - 80 °C, 교반 시간은 1 - 48 시간이 될 수 있다.In order to prepare an electrospinning solution in which the metal oxide precursor and the polymer are dissolved together, the metal oxide precursor and the polymer are dissolved in a solvent, the sacrificial layer template dispersion Solution may be mixed together. The catalyst-coated sacrificial layer template dispersion solution and the metal oxide precursor / polymer-dissolved solution are mixed and stirred. The stirring temperature may be 25-80 ° C and the stirring time may be 1-48 hours.

여기서 상기 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트는 상기 금속산화물 전구체/고분자 혼합용액에 용해되지 않고 분산된 콜로이드 형태로 남아있어야 한다. 만약 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자를 용해시킨 용매에 용해되면 전기방사 이후 열처리 과정에서 효과적인 기공형성 및 선택적인 위치에 촉매를 결착시키는 것이 어려울 수 있다. Here, the sacrificial layer template coated with the catalyst should remain in a dispersed colloid form without being dissolved in the metal oxide precursor / polymer mixed solution. If the catalyst-coated sacrificial layer template is dissolved in a solvent in which the metal oxide precursor / polymer is dissolved, it may be difficult to effect effective pore formation during the post-electrospinning process and to bind the catalyst to a selective location.

다음으로, 상기 전기방사 기술을 이용하여 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 내부 및 표면에 결착된 나노섬유를 제작하는 단계(S230)에 대하여 살핀다. Next, a step S230 of fabricating nanofibers in which the catalyst-coated sacrificial layer template is bound to the inside and the surface of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber using the electrospinning technique will be described.

상기 제작된 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트 분산용액과 혼합된 금속산화물 전구체/고분자 방사용액을 전기방사하여 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 표면 및 내부에 결착될 수 있다. 상기 전기방사법을 실시하기 위한 전기방사 장치는 방사 용액을 정량적으로 투입할 수 있는 정량 펌프에 연결된 분사 노즐, 고전압 발생기, 접지된 전도성 기판으로 구성된다. 전도성 기판은 금속판이고, 상기 금속판과 10 cm - 20 cm의 거리를 두고 떨어져 있는 방사 노즐(needle)을 이용하여 전기방사한다. 전기방사 시 작동 전압은 8 - 30 kV가 될 수 있다. 또한, 전기방사 시 방사 노즐의 구멍 크기, 토출 속도, 방사 용액에서 금속산화물 전구체의 농도, 방사 길이에 따라 나노섬유의 직경을 조절할 수 있다. 상기 전기방사에 의해 제작된 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 표면 또는 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유는 웹(web)의 형태를 가질 수 있다.The sacrificial layer template may be bound to the surface and inside of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by electrospinning the metal oxide precursor / polymer spinning solution mixed with the prepared catalyst-coated sacrificial layer template dispersion solution. The electrospinning device for conducting the electrospinning method is composed of a spray nozzle connected to a metering pump capable of quantitatively injecting a spinning solution, a high voltage generator, and a grounded conductive substrate. The conductive substrate is a metal plate and electrospun using a spinning nozzle spaced 10 cm to 20 cm from the metal plate. The operating voltage for electrospinning can be 8 - 30 kV. In addition, the diameter of the nanofibers can be adjusted according to the hole size of the spinning nozzle, the discharge speed, the concentration of the metal oxide precursor in the spinning solution, and the spinning length. The metal oxide precursor / polymer composite nanofiber in which the catalyst-coated sacrificial layer template formed by the electrospinning is bound to the surface or inside may have a web shape.

다음으로, 상기 제작된 복합 나노섬유를 고온에서 열처리과정을 거침으로써 1차원 구조를 가지는 금속산화물 나노섬유의 표면 및 내부에 다수의 기공(121), (122)을 형성시키며, 동시에 기공이 형성된 위치에 촉매를 결착(123)시키는 단계(S240)에 대하여 살핀다. Next, a plurality of pores 121 and 122 are formed on the surface and inside of the metal oxide nanofibers having a one-dimensional structure by subjecting the produced composite nanofibers to heat treatment at a high temperature, (S240) of binding the catalyst to the catalyst (123).

전기방사 후, 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트가 표면 또는 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 열처리하는 과정을 거친다. 열처리는 복합 섬유 내에 포함된 고분자를 제거하는 동시에, 금속산화물 전구체를 산화시켜 1차원 구조를 가지는 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있게 한다. 전기방사와 열처리 공정을 이용하여 제작된 1차원 구조의 금속산화물 나노섬유(110)의 평균 직경은 50 nm - 10 μm가 될 수 있다.After the electrospinning, the metal oxide precursor / polymer composite nanofibers bound to the surface or inside of the sacrificial layer template coated with the catalyst are subjected to a heat treatment. The heat treatment removes the polymer contained in the conjugated fiber and oxidizes the metal oxide precursor to form a metal oxide nanofiber having a one-dimensional structure. The average diameter of the one-dimensional metal oxide nanofibers (110) fabricated by electrospinning and heat treatment processes can be 50 nm to 10 μm.

또한 고온열처리 과정을 거치면서 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트에서 희생층 템플레이트는 분해되어 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 기공을 형성하며, 코팅되어있던 촉매는 산화되어 금속산화물 나노섬유 내부 및 표면에 결착된다. 여기서 촉매는 금속산화물 나노섬유 표면 및 내부에 결착되어있던 희생층 템플레이트가 위치해 있던 자리에 결착되는 것을 특징으로 한다. In addition, the sacrificial layer template is decomposed to form pores on the surface of the metal oxide nanofiber, and the coated catalyst is oxidized to adhere to the surface and inside of the metal oxide nanofiber, do. Wherein the catalyst is bound to the surface of the metal oxide nanofiber and to the site where the sacrificial layer template attached to the inside is located.

상기한 나노섬유의 제조 방법은 제조된 상기 선택적으로 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유(110)를 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 나노섬유를 분쇄하는 과정에서 긴 나노섬유가 짧아져 나노로드(nano-rod) 형태를 가질 수도 있다.The method of manufacturing the nanofibers may further include grinding the porous metal oxide nanofibers 110 selectively bonded with the catalyst. In the process of pulverizing nanofibers, long nanofibers may be shortened to form nano-rods.

상기 제작된 1차원 금속산화물 나노섬유와 같이 표면에 다수의 기공을 형성하고, 기공이 형성된 위치에 촉매를 결착시킨 감지소재는 기공분포의 조절 및 다양한 촉매를 기공이 위치한 부분에 결착시킬 수 있다는 점에서 효과적인 공정 프로세스를 나타낼 뿐만 아니라, 우수한 감도 특성을 활용하여 사람의 날숨 가스를 분석하는 질병 감지 센서로서도 응용될 수 있다.The one-dimensional metal oxide nanofibers, such as the one-dimensional metal oxide nanofibers, can form a large number of pores on the surface and bind the catalyst to the sites where the pores are formed. It is possible to control the pore distribution and bind various catalysts to the pores The present invention can also be applied to a disease detection sensor that analyzes an exhalation gas of a person utilizing an excellent sensitivity characteristic.

아래에서는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 일 실시예이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 폴리스티렌 콜로이드 희생층 템플레이트를 이용한 팔라듐(Pd) 촉매 코팅Example 1: Palladium (Pd) catalyst coating with polystyrene colloid sacrificial layer template

촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 제작하기 위하여, 본 발명에서는 희생층 템플레이트를 폴리스티렌 (polystyrene) 콜로이드를 사용하였다. 폴리스티렌 콜로이드는 구형을 나타내면 평균 크기는 500 nm 를 가진다. 폴리스티렌 콜로이드를 용매에 균일하게 분산시키기 위하여 물에 폴리스티렌 함량을 2.5 wt%로 유지하여 분산시켰다. 폴리스티렌을 분산시킨 용액 100 ?를 이용하여 표면에 전하를 형성하는 고분자를 코팅하는 과정을 거쳤다. In order to prepare a sacrificial layer template coated with a catalyst, a sacrificial layer template was used as a polystyrene colloid in the present invention. The polystyrene colloid exhibits a spherical shape with an average size of 500 nm. In order to uniformly disperse the polystyrene colloid in the solvent, the polystyrene content was maintained at 2.5 wt% in water and dispersed. Polystyrene-dispersed solution of 100? Was coated on the surface of the polymer to form a charge.

본 발명에서는 양의 전하를 띠는 고분자로 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드 (Poly(diallyldimethylammonium chloride), PDADMAC, Mw=200,000 g/mol) 1 wt%를 물에 용해시켰으며, NaCl을 0.5 mol 첨가하였다. 또한, 음의 전하를 띠는 폴리스티렌설포네이트 (Polystyrene sulfonate, PSS, Mw=70,000 g/mol) 1 wt%를 물에 용해시켰으며, 마찬가지로 NaCl 0.5 mol을 첨가하였다. In the present invention, 1 wt% of poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDADMAC, M w = 200,000 g / mol) as a positive charge polymer was dissolved in water, and 0.5 mol of NaCl was added Respectively. 1 wt% of polystyrene sulfonate (PSS, M w = 70,000 g / mol) having a negative charge was dissolved in water and 0.5 mol of NaCl was added in the same manner.

상기 물에 분산된 폴리스티렌 템플레이트를 상기 제작된 양의 전하를 띠는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드 용액과 균일하게 혼합시켜준다. 혼합시켜주는 과정에서 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드는 폴리스티렌 템플레이트 표면에 결착되어 양의 전하를 띠게 된다. 혼합한 용액은 10000 rpm에서 10분간 원심분리를 통하여 폴리스티렌 템플레이트를 분리해주며, 잔류하는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드를 제거하는 세척과정을 거친다. 원심분리를 통한 세척과정은 5회 반복한다. The polystyrene template dispersed in water is uniformly mixed with the prepared positive charge polydanyl dimethyl ammonium chloride solution. In the mixing process, the polydanyl dimethyl ammonium chloride binds to the surface of the polystyrene template and becomes positively charged. The mixed solution is centrifuged at 10000 rpm for 10 minutes to separate the polystyrene template, and the residue is washed to remove polydanyl dimethyl ammonium chloride. The washing procedure by centrifugation is repeated 5 times.

다음으로, 양의 전하로 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 상기 제작된 음의 전하를 띠는 폴리스티렌설포네이트를 혼합하여 음의 전하를 띠는 폴리스티렌 템플레이트로 만들어 주는 과정을 거친다. 혼합시켜주는 과정에서 폴리스티렌설포네이트는 폴리스티렌 템플레이트 표면에 결착되어 음의 전하를 띠게 된다. 용액은 10000 rpm에서 10분간 원심분리를 통하여 폴리스티렌 템플레이트를 분리해주며, 잔류하는 폴리스티렌설포네이트를 제거하는 세척과정을 거친다. 원심분리를 통한 세척과정은 5회 반복한다. Next, a polystyrene template coated with a positive charge is mixed with the negatively charged polystyrene sulfonate to prepare a negative charged polystyrene template. In the mixing process, the polystyrene sulfonate binds to the surface of the polystyrene template and becomes negatively charged. The solution is centrifuged at 10000 rpm for 10 minutes to separate the polystyrene template and to remove the remaining polystyrene sulfonate. The washing procedure by centrifugation is repeated 5 times.

다음으로, 상기 음의 전하로 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 동일한 방법으로 상기 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드를 이용하여 양의 전하를 띠는 폴리스티렌 템플레이트로 만들어주는 과정을 거친다. 마찬가지로, 원심분리를 이용한 5회의 세척과정을 거쳐 잔류하는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드를 제거하는 과정을 거친다. 여기까지 제작된 폴리스티렌 템플레이트의 표면에는 폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드/폴리스티렌설포네이트/폴리다이아닐다이메틸암모늄 클로라이드의 세층의 전하를 띠는 고분자층을 이루게 된다. Next, the polystyrene template coated with the negative charge is subjected to a process of making a polystyrene template having a positive charge by using the polydianil dimethyl ammonium chloride in the same manner. Likewise, the remaining polydanyl dimethyl ammonium chloride is removed through five washing steps using centrifugation. The surface of the polystyrene template fabricated so far forms a polymer layer having three layers of charge: polydianil dimethyl ammonium chloride / polystyrene sulfonate / polydianyl dimethyl ammonium chloride.

이어서, 금속촉매를 코팅하기 위하여 금속염을 분산시킨 용액과 상기 제작된 전하를 띠는 폴리스티렌 템플레이트와 균일하게 혼합해 주는 과정을 거친다. 금속염을 분산시킨 용액은 본 발명에서 칼슘 팔라듐 클로라이드 (K2PdCl4)염 0.01 g을 물 2g에 분산시켜 준비한다. 준비된 팔라듐 염이 용해된 용액을 상기 전하를 띠는 폴리스티렌 템플레이트와 균일하게 혼합해 주는 과정을 통하여 표면에 팔라듐 이온이 결착되게 된다. 폴리스티렌 템플레이트에 팔라듐 이온을 결착시킨 용액은 10000 rpm에서 10분간 원심분리를 통하여 팔라듐 이온이 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 분리해주며, 잔류하는 팔라듐 이온을 제거하는 세척과정을 거친다. 원심분리를 통한 세척과정은 5회 반복한다. Then, in order to coat the metal catalyst, a solution in which the metal salt is dispersed is uniformly mixed with the charged polystyrene template. The solution in which the metal salt is dispersed is prepared by dispersing 0.01 g of calcium palladium chloride (K 2 PdCl 4 ) salt in 2 g of water in the present invention. Palladium ions are bound to the surface through a process of uniformly mixing the prepared solution of the palladium salt with the charged polystyrene template. The solution of palladium ions bound to the polystyrene template is centrifuged at 10000 rpm for 10 minutes to separate the polystyrene template coated with palladium ions, and the palladium ions are removed to remove residual palladium ions. The washing procedure by centrifugation is repeated 5 times.

상기 촉매 코팅 과정에서 금속염은 팔라듐 염뿐만 아니라, 다른 금속염 이라면 코팅하는 물질로 특별한 제약을 두지 않는다. 예를 들어, 상기 팔라듐 염이 용해된 용액을 사용하는 대신 하이드로젠 플라티늄 클로라이드 (H2PtCl6)염을 상기 칼슘 팔라듐 클로라이드 염을 대신하여 동일한 비율로 물에 분산시켜 전하를 띠는 폴리스티렌과 혼합하여 준다면, 플라티늄 이온이 결착된 폴리스티렌 템플레이트를 제작 할 수 있다. In the catalyst coating process, the metal salt is not limited to the palladium salt, but may be any other metal salt. For example, instead of using the solution in which the palladium salt is dissolved, hydrogensplatinum chloride (H 2 PtCl 6 ) salt is dispersed in water in the same ratio instead of the calcium palladium chloride salt and mixed with charged polystyrene If you give it, you can make a polystyrene template that is plated with platinum ions.

또한, 상기 촉매염의 양을 조절하여 폴리스티렌 템플레이트 표면에 코팅되는 촉매의 양을 조절 할 수 있다. 예를 들어, 촉매염의 양을 많이 포함하는 용액을 제조하여 폴리스티렌 템플레이트에 촉매이온을 결착시키는 경우, 촉매이온이 폴리스티렌 희생층 템플레이트 표면을 완전하게 코팅하여 필름형태로 코팅될 수 있으며, 촉매염의 양을 적게 포함하는 용액을 제조하여 폴리스티렌 템플레이트에 촉매이온을 결착시키는 경우, 촉매이온이 폴리스티렌 희생층 템플레이트 표면을 완전하게 코팅하지 못하여 불균일한 입자형태로 코팅이 이루어 질 수 있다.In addition, the amount of the catalyst to be coated on the surface of the polystyrene template can be controlled by adjusting the amount of the catalyst salt. For example, when a solution containing a large amount of a catalytic salt is prepared to bind a catalyst ion to a polystyrene template, the catalyst ion can be coated in a film form by completely coating the polystyrene sacrificial layer template surface, In the case of preparing a solution containing less and binding the catalyst ions to the polystyrene template, the catalyst ions can not completely coat the surface of the polystyrene sacrificial layer template, so that the coating can be performed in a nonuniform particle form.

도3은 본 발명에서 사용한 폴리스티렌 희생층 템플레이트의 주사전자 현미경사진이며, 폴리스티렌 희생층 템플레이트는 구 형상을 가지며 평균 크기는 500 nm의 직경을 가진다.FIG. 3 is a scanning electron micrograph of a polystyrene sacrificial layer template used in the present invention. The polystyrene sacrificial layer template has a spherical shape and has an average size of 500 nm.

도 4는 폴리스티렌 템플레이트에 레이어 바이 레이어 방법을 이용하여 팔라듐 염을 코팅한 후의 주사전자 현미경사진이다. 이미지에 나타난 바와 같이 폴리스티렌 템플레이트에 팔라듐 이온들이 흡착하여 입자형태로 표면에 결착이 이루어진 것을 확인할 수 있다.4 is a scanning electron micrograph of a polystyrene template coated with a palladium salt using a layer-by-layer method. As shown in the image, it can be confirmed that the palladium ions are adsorbed on the polystyrene template to bind to the surface in the form of particles.

도5는 폴리스티렌 템플레이트에 레이어 바이 레이어 방법을 이용하여 플라티늄 염을 코팅한 후의 주사전자 현미경사진이다. 이미지에 나타난 바와 같이 폴리스티렌 템플레이트에 플라티늄 이온들이 흡착하여 입자형태로 표면에 결착이 이루어진 것을 확인할 수 있다.5 is a scanning electron micrograph of a polystyrene template coated with a platinum salt using a layer-by-layer method. As shown in the image, it can be confirmed that the platinum ions are adsorbed on the polystyrene template to bind to the surface in the form of particles.

실시예 2: 팔라듐(Pd) 촉매가 코팅된 폴리스티렌 콜로이드를 이용한 팔라듐 촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유 제작Example 2 Production of Porous Tungsten Oxide Nanofibers Having Palladium (Pd) Catalyst-Coated Polystyrene Colloid on a Palladium Catalyst

중량 평균 분자량 1,300,000 g/mol을 가지는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 0.25 g과 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트(ammonium metatungstate hydrate) 0.2 g을 물 1.5 g에 25 °C에서 녹인다. 상기 방사용액에 상기 제작된 팔라듐 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트를 분산시킨다. 상기의 팔라듐 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트가 첨가된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 실린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT®)에 연결하여, 0.1 mL/분의 토출속도로 방사용액을 밀어내고, 방사용액이 토출되는 주사바늘(needle, 25 gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이에 14 kV의 전압을 인가하여 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 제조한다.0.25 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) having a weight average molecular weight of 1,300,000 g / mol and 0.2 g of tungsten oxide precursor ammonium metatungstate hydrate are dissolved in 1.5 g of water at 25 ° C. The polystyrene template with the prepared palladium catalyst bound to the spinning solution is dispersed. The tungsten oxide precursor / polymer mixed solution containing the polystyrene template adhered to the palladium catalyst was placed in a syringe and connected to a syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT ® ) A voltage of 14 kV is applied between a needle (25 gauge) through which a spinning solution is discharged and a current collecting substrate for obtaining a nanofiber web to form a polystyrene template on which the catalyst is bound, To prepare a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber web.

상기 전기방사 기술을 통하여 촉매가 코팅된 희생층 템플레이트를 텅스텐 산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사용액과 함께 전기방사를 수행한 후에 얻어진 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진을 도 6에서 관찰할 수 있다. 도 6에서는, 약 500 nm 직경을 가지는 팔라듐이 코팅된 폴리스티렌 템플레이트가 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 표면 및 내부에 균일하게 결착된 것을 확인할 수 있다. 이때 형성된 팔라듐이 코팅된 폴리스티렌 템플레이트가 포함된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유는 표면에서 돌출된 형상을 나타냄으로써 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트가 위치한 부분을 쉽게 찾아볼 수 있다. 이는 촉매가 코팅된 템플레이트의 크기가 나노섬유 직경의 절반 정도 크기로 매우 큰 템플레이트가 사용되었기 때문에 관찰되는 특이한 미세구조이다. 또한 복합 나노섬유의 직경은 500 nm - 1 μm 범위를 가지는 것으로 확인됐다. A scanning electron microscope photograph of the nanofiber web obtained after electrospinning the sacrificial layer template coated with the catalyst through the electrospinning technique together with the tungsten oxide precursor / polymer mixed electrospinning solution can be observed in FIG. In FIG. 6, it can be seen that the polystyrene template coated with palladium having a diameter of about 500 nm was uniformly bound to the surface and inside of the tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber. The tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber including the polystyrene template coated with palladium formed at this time exhibits a shape protruding from the surface, so that the portion where the polystyrene template coated with the catalyst is located can be easily found. This is the unusual microstructure observed because the size of the catalyst-coated template is about half the nanofiber diameter and very large templates are used. The diameter of the composite nanofibers was also found to range from 500 nm to 1 μm.

상기 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 고온에서 열처리 하는 과정을 거침으로써 나노섬유 내부에 있는 고분자 및 폴리스티렌 템플레이트를 제거시키고, 텅스텐 산화물 전구체를 산화시켜 텅스텐 산화물로 형성시키며, 폴리스티렌 템플레이트 겉면을 감싸고 있던 팔라듐 촉매를 금속산화물 나노섬유로 전사시킴으로써 촉매를 결착시킨다. The metal oxide precursor / polymer composite nanofiber web having the catalyst-bound polystyrene template bonded to the surface and the interior thereof is subjected to heat treatment at a high temperature to remove the polymer and the polystyrene template inside the nanofiber, and oxidize the tungsten oxide precursor And the catalyst is bound to the metal oxide nanofibers by transferring the palladium catalyst surrounding the surface of the polystyrene template to the metal oxide nanofibers.

고온 열처리과정은 500 °C에서 1시간동안 이루어졌으며, 승온 및 하강 온도는 4 °C/min 으로 일정하게 유지시켰다. 도 7에서는, 열처리가 완료된 텅스텐 산화물 나노섬유는 직경이 300 nm - 600 nm로 수축하였으며, 표면에는 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트가 제거되면서 구형의 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 형성된 기공은 전기방사 용액 제조 시 사용된 500 nm 크기의 폴리스티렌 템플레이트에 비하여 30% - 70% 수축된 크기의 직경을 갖는 것을 확인할 수 있다. 기공이 수축한 이유는, 폴리스티렌 템플레이트의 분해온도가 폴리비닐피롤리돈에 비하여 낮은 온도에서 시작되어, 폴리스티렌 템플레이트가 먼저 제거되기 때문이며, 폴리스티렌 템플레이트가 제거된 이후에 텅스텐 산화물 전구체가 산화되는 과정에서 유동이 발생하여 기공을 수축시켰기 때문이다. 이 밖에도, 수축된 기공의 형성은 결착된 폴리스티렌 템플레이트 및 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자의 유리전이온도와 깊은 연관성을 지닌다. 폴리스티렌 템플레이트의 경우, 유리전이온도가 100 °C인 반면, 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자인 폴리비닐피롤리돈의 경우 150 180 °C의 유리전이온도 범위를 가지게 된다. 따라서 유리전이온도가 상대적으로 낮은 폴리스티렌 템플레이트가 먼저 유리전이 되기 시작하고, 추가적으로 폴리비닐피롤리돈이 나중에 유리전이 된다. 따라서, 나중에 유리전이를 일으키는 폴리비닐피롤리돈에 의하여 폴리스티렌 템플레이트로부터 형성되는 기공이 수축하게 되는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 폴리스티렌 템플레이트를 폴리비닐피롤리돈 고분자와 사용할 경우, 고온열처리 과정에서 텅스텐 산화물 전구체를 산화시킴과 동시에 다수의 기공이 분포한 나노섬유 구조를 제작 할 수 있다는 것을 특징으로 한다. 이것은 비단 텅스텐 산화물 나노섬유를 제작하는 데만 사용할 수 있는 것이 아니라, 금속산화물 전구체를 바꾸어 주면 다양한 금속산화물에 대하여 기공을 형성시킬 수 있는 것을 특징으로 한다. The high temperature annealing process was performed at 500 ° C for 1 hour, and the temperature rise and fall were kept constant at 4 ° C / min. In FIG. 7, the heat-treated tungsten oxide nanofibers were shrunk to 300 nm to 600 nm in diameter, and the polystyrene template coated with the catalyst was removed to form spherical pores. It can be confirmed that the formed pores have a diameter of 30% to 70% shrinked in comparison with the polystyrene template having a size of 500 nm used in the preparation of the electrospinning solution. The reason for the shrinkage of the pores is that the decomposition temperature of the polystyrene template starts at a lower temperature than that of the polyvinylpyrrolidone and the polystyrene template is first removed and the tungsten oxide precursor is oxidized after the polystyrene template is removed And the pores contracted. In addition, the formation of shrunken pores is closely related to the glass transition temperature of the polymer mixed with the polystyrene template and metal oxide precursor bound. Polystyrene templates have a glass transition temperature of 100 ° C, while polyvinylpyrrolidone, a polymer mixed with a metal oxide precursor, has a glass transition temperature of 150 ° C to 180 ° C. Thus, the polystyrene template having a relatively low glass transition temperature first begins to undergo glass transition, and additionally the polyvinylpyrrolidone undergoes glass transition later. Therefore, it can be confirmed that the pores formed from the polystyrene template are shrunk by the polyvinylpyrrolidone causing the glass transition later. As a result, when a polystyrene template is used with a polyvinylpyrrolidone polymer, a nanofiber structure in which a plurality of pores are dispersed can be produced while oxidizing the tungsten oxide precursor in a high-temperature heat treatment process. This can be used not only for the production of silk tungsten oxide nanofibers but also for forming pores for various metal oxides by changing the metal oxide precursor.

폴리스티렌 템플레이트를 제거시킴과 동시에 폴리스티렌 템플레이트 표면에 결착되어있던 촉매가 금속산화물 나노섬유로 전사되어 결착되게 된다. 도8은 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트가 고온열처리과정에서 제거됨과 동시에 코팅되어있던 촉매가 금속산화물 나노섬유로 전사되었음을 나타내는 주사전자현미경 사진 및 에너지분산형 분석기를 통한 성분분석 결과를 나타내는 사진이다. 결과에서 알 수 있듯이, 기공이 형성된 위치에서 팔라듐 원소가 검출됨에 따라서 선택적으로 기공이 위치한 부분에 팔라듐 촉매가 결착이 이루어졌음을 확인할 수 있다. The polystyrene template is removed, and at the same time, the catalyst attached to the surface of the polystyrene template is transferred to the metal oxide nanofiber to be bound. 8 is a scanning electron microscope photograph showing the catalyst-coated polystyrene template being removed in a high-temperature heat treatment process and that the coated catalyst was transferred to the metal oxide nanofibers, and FIG. 8 is a photograph showing the result of the component analysis using the energy dispersive analyzer. As can be seen from the results, it can be confirmed that the palladium catalyst is selectively attached to the portion where the pores are located as the palladium element is detected at the position where the pores are formed.

이처럼 텅스텐 산화물 표면 및 내부에 기공을 형성하여 텅스텐 산화물 나노섬유의 표면적 및 기공도를 향상시키는 효과를 가져 왔으며, 또한 기공이 형성된 위치에 선택적으로 팔라듐 촉매를 결착시킴에 따라서 효과적인 기공형성 및 촉매 결착에 관한 감지소재 개발 공정을 수행 하였으며, 이러한 감지소재는 측정하고자 하는 가스 주입 시 활발한 가스 확산 및 촉매반응을 통하여 특정 가스에 대한 우수한 감지 특성을 발휘할 수 있다.As a result, the surface area and porosity of the tungsten oxide nanofibers are improved by forming pores on the surface and inside of the tungsten oxide. Also, by selectively binding the palladium catalyst to the pores formed, effective pore formation and catalytic And the sensing material can exhibit excellent sensing characteristics for a specific gas through active gas diffusion and catalytic reaction when a gas to be measured is injected.

비교예 1. 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 첨가하지 않은 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유 제작Comparative Example 1. Production of pure tungsten oxide nanofibers without catalyst-coated polystyrene template

상기 실시예와 비교되는 비교예로는 촉매가 코팅된 폴리스티렌 템플레이트를 첨가하지 않고 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유를 형성한 것이다. 구체적으로, 중량 평균 분자량 1,300,000 g/mol을 가지는 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 0.25 g과 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트(ammonium metatungstate hydrate) 0.2 g을 물 1.5 g에 25 °C에서 녹인다. 상기의 텅스텐 산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 실린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT®)에 연결하여, 0.1 mL/분의 토출속도로 방사용액을 밀어내고, 방사용액을 토출이 되는 주사바늘(needle, 25 gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이에 14 kV의 전압을 인가하여 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 제조한다. 상기 제작된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 고온 열처리를 통하여 고분자는 제거시켜 주며, 텅스텐 산화물 전구체는 산화과정을 거쳐 텅스텐 산화물을 형성한다. 고온 열처리과정은 500 °C에서 1시간동안 이루어졌으며, 승온 및 하강 온도는 4 °C/min 으로 일정하게 유지시켰다.As a comparative example compared with the above-described embodiment, pure tungsten oxide nanofibers were formed without adding a catalyst-coated polystyrene template. Specifically, 0.25 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) having a weight average molecular weight of 1,300,000 g / mol and 0.2 g of ammonium metatungstate hydrate, a precursor of tungsten oxide, were added to 1.5 g of water at 25 ° C It dissolves. The tungsten oxide precursor / polymer mixture spinning solution was placed in a syringe and connected to a syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT ® ), the spinning solution was pushed at a discharge rate of 0.1 mL / min, A voltage of 14 kV was applied between a needle (25 gauge) for discharging the nanofibrous web and a current collector substrate for obtaining a nanofiber web, and a polystyrene template with a catalyst attached was bonded to the surface and inside of the tungsten oxide precursor / polymer composite To produce a nanofiber web. The prepared tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber web is subjected to high temperature heat treatment to remove the polymer, and the tungsten oxide precursor is oxidized to form tungsten oxide. The high temperature annealing process was performed at 500 ° C for 1 hour, and the temperature rise and fall were kept constant at 4 ° C / min.

도 9는 비교예를 통하여 제작된 순수한 형태의 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다. 제작된 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유는 500 nm - 2 μm의 범위에서 직경을 가졌으며, 원통구조의 나노섬유뿐만 아니라, 판상구조의 나노벨트 형상을 가지는 나노섬유도 형성됨을 확인할 수 있었다.FIG. 9 is a scanning electron microscope (SEM) image of a pure-type tungsten oxide nanofiber fabricated through a comparative example. The fabricated pure tungsten oxide nanofibers had diameters in the range of 500 nm - 2 μm, and it was confirmed that not only the nanofibers of the cylindrical structure but also the nanofibers having the nanobelt shape of the plate structure were formed.

상기 제작된 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유는 상기 실시예 2에서 제작된 선택적 위치에 팔라듐 촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유와 특정 가스에 대한 감지특성을 비교하는데 사용하였다. The prepared pure tungsten oxide nanofibers were used to compare the sensing characteristics of the porous tungsten oxide nanofibers with the palladium catalyst bound to the selective sites prepared in Example 2 and specific gases.

실험예 1. 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 가스 센서 제조 및 특성 평가Experimental Example 1. Preparation and characterization of a gas sensor using porous tungsten oxide nanofibers (110) and pure tungsten oxide nanofibers with a palladium (Pd) catalyst

날숨 센서를 제조하기 위하여, 상기 실시예 2과 비교예1에서 제작된 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유를 각각 에탄올에 분산시킨 후 10 분간 초음파 세척을 통한 분쇄 과정을 거친다. 분쇄 과정 중에서 제작된 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유는 길이 방향으로 더욱 짧아진 나노 로드(nano-rod)나 더욱 분쇄된 나노 입자 형태를 나타내기도 한다.Porous tungsten oxide nanofibers 110 and pure tungsten oxide nanofibers with palladium (Pd) catalysts prepared in Example 2 and Comparative Example 1 were dispersed in ethanol, respectively, and ultrasonicated for 10 minutes Followed by pulverization through washing. The porous tungsten oxide nanofibers 110 and the pure tungsten oxide nanofibers with palladium (Pd) catalysts formed in the milling process exhibit nano-rods that are further shortened in the longitudinal direction or further in the form of pulverized nanoparticles Pray.

고르게 분쇄된 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유를 300 μm의 간격으로 떨어져 있는 두 평행한 금(Au) 전극이 형성된 3 mm × 3 mm 크기의 알루미나 기판 상부에 드랍 코팅(Drop Coating) 방법을 이용하여 코팅하였다. 코팅 과정은 마이크로 피펫을 이용하여 3 μl의 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유/에탄올 혼합액을 센서 전극이 형성된 알루미나 기판 상부에 도포한 후, 80 °C 핫플레이트 상에서 건조시키는 과정을 거쳤다. 이 과정을 2-3 회 반복하여 충분한 양의 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110) 및 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유가 알루미나 기판 상부에 코팅되도록 하였다.The porous tungsten oxide nanofibers (110) and the pure tungsten oxide nanofibers with uniformly pulverized palladium (Pd) catalysts were immersed in a 3 mm x 3 mm sized And then coated on the alumina substrate using a drop coating method. The coating process was performed by applying a mixture of porous tungsten oxide nanofibers (110) and pure tungsten oxide nanofibers / ethanol mixed with 3 μl of palladium (Pd) catalyst on an alumina substrate on which sensor electrodes were formed using a micropipette, Lt; 0 > C on a hot plate. This procedure was repeated 2-3 times so that the porous tungsten oxide nanofibers 110 and the pure tungsten oxide nanofibers with a sufficient amount of palladium (Pd) catalyst were coated on the alumina substrate.

날숨 센서 특성 평가는 사람의 입에서 나오는 기체와 유사한 습도인 85 - 95 RH%의 상대 습도에서 각각 구취 진단, 당뇨 진단 및 폐암 진단을 위한 지표 가스인 황화수소 (H2S), 아세톤 (CH3COCH3), 톨루엔 (C6H5CH3) 가스의 농도를 5, 4, 3, 2, 1 ppm으로 변화시키면서, 센서 구동 온도를 350 °C에서 각 가스에 대한 반응도 특성을 평가하였다. 또한, 본 실시예서는 휘발성 유기 화합물 가스의 대표적인 예인 황화수소 (H2S), 아세톤 (CH3COCH3), 톨루엔 (C6H5CH3)가스뿐만 아니라, 알코올 지수, 만성폐쇄성폐질환 (COPD), 천식, 신장병 및 심장질환의 바이오마커인 에탄올 (C2H5OH), 일산화탄소 (CO), 일산화질소 (NO), 암모니아 (NH3) 및 펜탄 (C5H12) 가스 등에 대해서도 감지특성을 평가하여 선택적 가스감지 특성을 평가하였다. The characteristics of the expiratory sensor were evaluated by measuring the concentrations of hydrogen sulfide (H 2 S), acetone (CH 3 COCH 2, 3 ), and toluene (C 6 H 5 CH 3 ) gas at 5, 4, 3, 2, and 1 ppm, respectively. In addition, the present embodiment is applicable not only to hydrogen sulfide (H 2 S), acetone (CH 3 COCH 3 ), and toluene (C 6 H 5 CH 3 ) gases, which are typical examples of volatile organic compound gases, (C 2 H 5 OH), carbon monoxide (CO), nitrogen monoxide (NO), ammonia (NH 3 ) and pentane (C 5 H 12 ) gases, which are biomarkers of asthma, To evaluate the selective gas sensing characteristics.

도 10은 350 °C에서 톨루엔 가스의 농도가 5, 4, 3, 2, 1 ppm으로 감소할 때의 반응도(Rair/Rgas, 여기서 Rair는 공기가 주입될 때의 금속산화물 소재의 저항값, Rgas는 톨루엔 가스가 주입될 때의 금속산화물 소재의 저항값)를 시간에 따라 나타낸 것이다.FIG. 10 shows the response (R air / R gas , where R air is the resistance of the metal oxide material when air is injected) at 350 ° C when the concentration of toluene gas decreases to 5, 4, 3, Value, and R gas is a resistance value of the metal oxide material when the toluene gas is injected).

도 10에 나타난 바와 같이, 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서가 팔라듐 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트를 사용하지 않고 제작한 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유 센서에 비하여 최대 8.2 배 더 높은 반응 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 10, the sensor made of the porous tungsten oxide nanofibers 110 to which the palladium (Pd) catalyst was bound was superior to the pure tungsten oxide nanofiber sensor manufactured without using the polystyrene template with the palladium catalyst 8.2 times higher reaction characteristics than the conventional reaction.

도 11은 350 °C에서 아세톤 가스의 농도가 5, 4, 3, 2, 1 ppm으로 감소할 때의 반응도 값을 시간에 따라 나타낸 것이다.FIG. 11 is a graph showing the time-dependent reactivity value when the concentration of acetone gas is reduced to 5, 4, 3, 2, and 1 ppm at 350 ° C.

도 11에서 볼 수 있는 바와 같이, 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서가 팔라듐 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트를 사용하지 않고 제작한 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유 센서에 비하여 최대 2.3 배 더 높은 반응 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.As can be seen from FIG. 11, a sensor made of a porous tungsten oxide nanofiber 110 with a palladium (Pd) catalyst attached thereto is a pure tungsten oxide nanofiber sensor fabricated without using a polystyrene template with a palladium catalyst Reaction characteristics up to 2.3 times higher than that of the conventional method.

도 12는 350 °C에서 황화수소 가스의 농도가 5, 4, 3, 2, 1 ppm으로 감소할 때의 반응도 값을 시간에 따라 나타낸 것이다.FIG. 12 is a graph showing the reaction value when the concentration of hydrogen sulfide gas is reduced to 5, 4, 3, 2, and 1 ppm at 350 ° C over time.

도 12에 나타난 바와 같이, 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서가 팔라듐 촉매가 결착된 폴리스티렌 템플레이트를 사용하지 않고 제작한 순수한 텅스텐 산화물 나노섬유 센서에 비하여 최대 3.5 배 더 낮은 반응 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 12, the sensor made of the porous tungsten oxide nanofibers 110 to which the palladium (Pd) catalyst was bound was superior to the pure tungsten oxide nanofiber sensor manufactured without using the polystyrene template with the palladium catalyst 3.5 times lower than that of the reaction solution.

도 13은 350 °C에서 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서를 이용하여 폐암의 인자가스로 알려진 톨루엔 가스대비 다른 질병의 바이오마커 가스인 에탄올, 일산화탄소, 일산화질소, 암모니아 및 펜탄 가스에 대하여 농도 1 ppm에서 나타나는 반응도 값을 나타낸 것이다.13 is a graph showing the relationship between the concentration of toluene gas and the biomarker gas of ethanol, carbon monoxide and carbon monoxide, which are different from toluene gas, known as the factor gas of lung cancer, by using a sensor made of porous tungsten oxide nanofibers 110 having palladium (Pd) And the reactivity value at a concentration of 1 ppm with respect to nitrogen monoxide, ammonia, and pentane gas.

도 13에 나타난 바와 같이, 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서는 다른 질병의 바이오마커 가스인 에탄올, 일산화탄소, 일산화질소, 암모니아 및 펜탄 가스에 대비하여 특징적으로 폐암의 바이오마커 가스인 톨루엔에 대하여 우수한 감지특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 톨루엔 가스에 대한 감지특성은 1 ppm 에서 4.1 의 반응도 값을 나타내는 반면, 다른 질병의 바이오마커 가스에 대하여는 반응도 값이 2.4 이하의 값을 나타내었다. As shown in FIG. 13, the sensor made of the porous tungsten oxide nanofibers 110 to which the palladium (Pd) catalyst is bound is distinguished from the biomarker gases of other diseases such as ethanol, carbon monoxide, nitrogen monoxide, ammonia, Indicating excellent detection characteristics for toluene, a biomarker gas of lung cancer. Sensitivity to toluene gas showed response values ranging from 1 ppm to 4.1, while reactivity values for biomarker gases of other diseases were less than 2.4.

상기의 실험예에서는 휘발성 유기 화합물 가스를 예시로 하여 실험 결과를 보여주었지만, 대표적인 유해 환경 가스들인 H2, NOx, CO, SOx 등에 대해서도 우수한 센서 감지 특성을 기대할 수 있으며, 팔라듐(Pd)촉매가 결착된 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유(110)로 제작한 센서에서 팔라듐 촉매의 결착량 및 희생층 템플레이트의 농도를 조절함으로써 기공도를 조절한 센서 부재들을 배열(array)화 함으로써, 유해 환경 가스 감지 및 날숨 진단의 반응 감도와 선택성을 높일 수도 있다.In the above experimental example, the experimental results are shown by taking the volatile organic compound gas as an example. However, excellent sensor sensing characteristics can be expected for representative harmful environmental gases such as H 2 , NO x , CO and SO x, and palladium (Pd) In the sensor fabricated with the porous tungsten oxide nanofibers 110 having the catalyst attached thereto, by arranging the sensor members having controlled porosity by adjusting the binding amount of the palladium catalyst and the concentration of the sacrificial layer template, And the sensitivity and selectivity of the diagnosis of the exhalation.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 선택적으로 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유 가스 센서용 부재
110: 선택적으로 촉매가 결착된 다공성 금속산화물 나노섬유
121: 닫힌 구조의 기공
122: 열린구조의 기공
123: 기공에 선택적으로 결착된 촉매
100: member for porous metal oxide nanofiber gas sensor optionally with catalyst attached
110: optionally porous metal oxide nanofibers to which the catalyst is bound
121: Closed structure pore
122: Open architecture
123: Catalyst selectively bound to pores

Claims (12)

촉매를 포함하는 고분자 희생층 템플레이트가 열분해 되면서 형성된 복수의 기공; 및
상기 고분자 희생층 템플레이트에 포함된 촉매가 상기 열분해를 통해 형성된 상기 복수의 기공의 표면으로 전사됨에 따라, 상기 복수의 기공의 표면에 결착된 촉매
를 내부에 포함하는 것
을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
A plurality of pores formed by thermal decomposition of the polymer sacrificial layer template including the catalyst; And
As the catalyst contained in the polymer sacrificial layer template is transferred to the surface of the plurality of pores formed through the pyrolysis, the catalyst attached to the surface of the plurality of pores
Including inside
Wherein the porous metal oxide nanofibers are porous metal oxide nanofibers.
제1항에 있어서,
상기 고분자 희생층 템플레이트는, 구형, 오각형, 사각형, 삼각형 또는 불규칙한 형태를 가지며, 50 nm - 5 μm의 크기 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric sacrificial layer template has a spherical, pentagonal, rectangular, triangular or irregular shape and has a size range of 50 nm to 5 μm.
제1항에 있어서,
상기 촉매는, 상기 고분자 희생층 템플레이트의 표면에 결착되어 상기 고분자 희생층 템플레이트에 포함되고,
고분자 희생층 템플레이트의 표면에 결착된 촉매의 결착량 내지는 형상에 따라, 상기 촉매가 불규칙한 판상 형상을 갖거나, 균일한 필름 형상을 갖거나, 또는 나노입자의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
The catalyst is attached to the surface of the polymer sacrificial layer template and included in the polymer sacrificial layer template,
Characterized in that the catalyst has an irregular plate shape, a uniform film shape, or a nanoparticle shape depending on the amount or shape of the catalyst bound to the surface of the polymer sacrificial layer template Nanofiber.
제1항에 있어서,
상기 결착된 촉매는, 나노입자의 형상, 또는 불연속적인 필름 형상으로 촉매간에 응집이나 엉김 없이 상기 복수의 기공의 표면에 결착되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the bound catalyst is bound to the surface of the plurality of pores without agglomeration or aggregation between the catalysts in the form of nanoparticles or discontinuous films.
제1항에 있어서,
상기 형성된 복수의 기공은, 상기 고분자 희생층 템플레이트가 연결되어 형성된 연결된 기공과 상기 고분자 희생층 템플레이트가 응집되어 형성된 확대된 기공, 상기 고분자 희생층 템플레이트가 금속산화물 나노섬유 표면에서 내부까지 걸쳐서 연결된 열린기공 및 상기 고분자 희생층 템플레이트가 금속산화물 내부에 포함된 닫힌기공 중 적어도 하나의 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
The formed plurality of pores are formed by connecting pores formed by connecting the polymer sacrifice layer template and enlarged pores formed by aggregating the polymer sacrifice layer template, open pores formed by the polymer sacrifice layer template extending from the surface of the metal oxide nano- And the polymer sacrificial layer template forms at least one of closed pores contained in the metal oxide.
제1항에 있어서,
상기 형성된 복수의 기공은, 상기 고분자 희생층 템플레이트의 크기에 비하여 30% - 70% 수축한 15 nm - 3.5 μm 의 크기범위를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the formed plurality of pores have a size range of 15 nm to 3.5 μm which is shrunk by 30% to 70% with respect to the size of the polymer sacrificial layer template.
제1항에 있어서,
50 nm 내지 10 μm의 직경 범위를 가지고, 1 μm 내지 100 μm의 길이 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the porous metal oxide nanofibers have a diameter in the range of 50 nm to 10 μm and a length in the range of 1 μm to 100 μm.
제1항에 있어서,
추가적인 분산과정을 통하여 길이방향으로 더 짧아진 나노로드의 형상 또는 나노섬유로부터 분쇄된 나노입자의 형상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the porous metal oxide nanofibers further comprise a shape of the nanorods shrunk in the longitudinal direction through an additional dispersion process or a shape of the nanoparticles pulverized from the nanofibers.
제1항에 있어서,
ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0 . 3La0 . 57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Ga2O3, CaCu3Ti4O12, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7 및 Sr2Ta2O7 , Ba0 . 5Sr0 . 5Co0 . 8Fe0 . 2O3 - 7 중 하나 또는 둘 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
ZnO, SnO 2, WO 3, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, NiO, TiO 2, CuO, In 2 O 3, Zn 2 SnO 4, Co 3 O 4, PdO, LaCoO 3, NiCo 2 O 4, Ca 2 Mn 3 O 8 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , V 2 O 5 , Cr 3 O 4 , CeO 2 , Pr 6 O 11 , Nd 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Ag 2 V 4 O 11, Ag 2 O, Li 0 . 3 La 0 . 57 TiO 3, LiV 3 O 8 , RuO 2, IrO 2, MnO 2, InTaO 4, ITO, IZO, InTaO 4, MgO, Ga 2 O 3, CaCu 3 Ti 4 O 12, Ag 3 PO 4, BaTiO 3, NiTiO 3, SrTiO 3, Sr 2 Nb 2 O 7 and Sr 2 Ta 2 O 7, Ba 0. 5 Sr 0 . 5 Co 0 . 8 Fe 0 . 2 > O < 3 > - 7 , or two or more of the porous metal oxide nanofibers.
제1항에 있어서,
상기 촉매는, Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, Mn, Co, Zn, Sr, W, Ru, Ir, Ta, Sb, In, Pb 및 Pd중 하나 또는 둘 이상의 금속 촉매이거나, 또는 Fe2O3, Fe3O4, NiO, CuO, Co3O4, PdO, V2O5, Cr3O4, CeO2, Ag2O, RuO2, IrO2 및 MnO2 중에서 선택되고, 상기 다공성 금속산화물 나노섬유를 구성하는 금속산화물과는 다른 이종의 금속산화물 촉매인 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
The catalyst may be at least one selected from the group consisting of Pt, Au, Ag, Fe, Ni, Ti, Sn, Si, Al, Cu, Mg, Sc, V, Cr, Mn, Co, Zn, Sr, W, Ru, In, Pb and Pd or one or more metal catalysts, or Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, CuO, Co 3 O 4 , PdO, V 2 O 5 , Cr 3 O 4 , CeO 2 , Ag 2 O, RuO 2 , IrO 2, and MnO 2 , and is different from a metal oxide constituting the porous metal oxide nanofibers.
제1항에 있어서,
상기 촉매는, 나노입자의 형상인 경우에 1 nm - 10 nm의 입자 크기분포를 갖고, 필름 형상인 경우에 0.5 nm - 10 nm의 두께 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 다공성 금속산화물 나노섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst has a particle size distribution of 1 nm to 10 nm in the case of nanoparticles and a thickness of 0.5 nm to 10 nm in the case of a film.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 다공성 금속산화물 나노섬유를 가스 센서용 소재로 포함하는 가스 센서.A gas sensor comprising the porous metal oxide nanofibers of any one of claims 1 to 11 as a material for a gas sensor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210127374A (en) * 2020-04-14 2021-10-22 한국전력공사 Gas sensors and member using one-dimensional nanofibers sensitized, and manufacturing method thereof
CN115096951A (en) * 2022-06-08 2022-09-23 江南大学 Based on Pd/WO 3 Triethylamine sensor of nanowire and preparation method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102030066B1 (en) 2018-05-11 2019-10-08 울산과학기술원 Nano structural electrode having silane bonding layer, method of manufacturing the same, and sensor having the same
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101035003B1 (en) * 2008-07-16 2011-05-20 한국과학기술연구원 A gas sensor of metaloxide including catalyst and a fbrication method thereof
KR20120102840A (en) * 2011-03-09 2012-09-19 한국과학기술원 Gas sensors using metal oxide tube of multilayered structures and it's fabrication method
KR101255217B1 (en) * 2010-12-07 2013-04-23 한국과학기술연구원 Porous metal oxide nanofibers and fabrication method thereof
JP2013094705A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Noritake Co Ltd Catalyst material including carbon particle, and method for manufacturing catalyst material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101035003B1 (en) * 2008-07-16 2011-05-20 한국과학기술연구원 A gas sensor of metaloxide including catalyst and a fbrication method thereof
KR101255217B1 (en) * 2010-12-07 2013-04-23 한국과학기술연구원 Porous metal oxide nanofibers and fabrication method thereof
KR20120102840A (en) * 2011-03-09 2012-09-19 한국과학기술원 Gas sensors using metal oxide tube of multilayered structures and it's fabrication method
JP2013094705A (en) * 2011-10-28 2013-05-20 Noritake Co Ltd Catalyst material including carbon particle, and method for manufacturing catalyst material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210127374A (en) * 2020-04-14 2021-10-22 한국전력공사 Gas sensors and member using one-dimensional nanofibers sensitized, and manufacturing method thereof
CN115096951A (en) * 2022-06-08 2022-09-23 江南大学 Based on Pd/WO 3 Triethylamine sensor of nanowire and preparation method thereof

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