Nagoku Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Yoshikawa Hiroyuki 회장) (이하 "Aist"라고 불리는) Minami Shinji, Sasaki Isao, Special Research Fellow, Aist,Annamalai Karthigeyan전 AIST 특별 연구원이 미세하게 분포되었습니다단일 벽 탄소 나노 튜브 (온라인 바카라)를 사용하는 매우 민감한 가스 센서 개발되었습니다

온라인 바카라는 약 1 nm의 직경으로 매우 훌륭하기 때문에특정 표면적| 상당히 크고 모든 구성 요소 요소 (탄소)가 튜브 표면에 존재합니다 따라서, 가스의 물리적 특성은 표면을 흡착함으로써 단순히 크게 변한다 이 특성을 활용함으로써 매우 민감한 가스 센서를 생산할 수 있습니다 그러나 온라인 바카라 가스 센서의 실제 사용을 위해서는 높은 감도, 저렴한 비용, 대량 생산, 신뢰성, 재현성 등을 결합한 제조 기술이 필요합니다 이번에는 분산 및 얇은 필름 기술을 사용하여 온라인 바카라를 사용하여 실질적으로 사용하기에 적합한 온라인 바카라 가스 센서를 제조하는 기술을 개발했습니다 상업적으로 이용 가능한 온라인 바카라를 셀룰로오스 유도체의 수용액에 균일하게 분산시킨 후, 얇게하고 가열되어 나노 미터의 순서대로 온라인 바카라가 분산 된 네트워크 구조를 형성 하였다 온라인 바카라 네트워크를 사용하는이 가스 센서는 매우 민감하며 농도 (10ppb 수준)의 이산화 질소 (NO₂)는 높은 재현성으로 감지 될 수 있습니다 또한 습도의 영향은 작기 때문에 대기에 사용하기에 적합하며 특성에 거의 변화가 없습니다 제조 방법은 간단하며 이전에보고 된 온라인 바카라 가스 센서에 비해 재료 비용 및 제조 비용 측면에서 상당히 유리합니다

이 연구의 결과 중 일부는 2008 년 9 월 25 일에 발표되었습니다일본어 Journal of Applied Physics잡지에 게시 (Publishing for Physics에서 출판) 또한 AIST Open Lab에서 공개 될 예정이며, 2008 년 10 월 20 일과 21 일 AIST Tsukuba Center에서 개최 될 예정입니다 (자세한 정보 : 실험실은 "저비용, 매우 민감한 가스 센서를 사용하여 탄소 나노 튜브를 사용하여"

공기 중에 유해한 물질과 오염 물질을 실시간으로 감지하는 기술은 좋은 생활 및 작업 환경을 유지하는 데 필수적입니다 가스 센서는 다양한 위치에 설치되며 우리가 사는 대기와 환경에서 유해하고 오염 물질을 모니터링하는 데 중요한 역할을합니다 실제 가스 센서는 전통적으로 산화 주석 (SNO)에 사용되었습니다₂) 소결 몸체로 만든 가정용 가스 누출 경보가 널리 사용됩니다 반면, 환경 보존 및 안전 및 건강 관리와 같은 사회적 요구의 발전으로 가스 센서에 필요한 성능 및 사양도 더욱 정교 해졌습니다 예를 들어, 이산화 질소 (아니요₂)와 같은 환경 오염 물질의 매우 민감한 탐지, 휘발성 유기 화합물 (VOC) 및 PPB 수준에서 악화 물질의 검출을 포함하여 다양한 사회적 요구가 떠오르고 있습니다 이러한 사회적 요구를 충족시키기 위해, 기존의 센서 재료만으로는 민감도, 응답 속도, 안정성, 이식성 등의 측면에서 불충분하며, 이러한 요구 사항을 초과하는 특성을 나타낼 수있는 새로운 재료를 개발하는 것은 중요한 문제입니다 예를 들어, 아니요₂에 대한 환경부 표준 40-60ppb 및 미국 환경부 (EPA) 표준은 53ppb이지만 기존의 산화 산화물 반도체 가스 센서는 농도가 낮습니다₂감지하기가 어렵습니다

온라인 바카라는 매우 큰 특이 적 표면적을 가지며 단일 성분 요소 인 모든 탄소는 튜브 표면에 있으며 가스 센서 재료로 전례없는 고유 특성을 가지며 매우 민감한 가스 센서에 적용될 것으로 예상됩니다 그러나 온라인 바카라 가스 센서에 대한 연구의 예가 많이 있지만 저렴한 비용, 대량 생산, 재현성 및 신뢰성 인 실제 사용에 적합한 제조 기술은 실현되었습니다

나노 기술 연구 부서는 온라인 바카라를 적용하기 위해 분산 및 박사와 같은 기술을 개발하고 있습니다 현재까지보고 된 온라인 바카라 가스 센서 중 일부는 매우 민감하지만 제조 방법이 비싸거나 복잡하기 때문에 대량 생산이 어려웠습니다 실용적인 온라인 바카라 가스 센서를 실현하기 위해서는 높은 감도, 단순하고 저렴한 비용 및 대량 생산을 결합한 제조 기술을 개발하고 이전에 출시 된 온라인 바카라 분산 및 필름 기술을 활용하기 위해 연구를 수행하고 있습니다

이 연구 개발은 환경부 (Environmental Policy Bureau)의 오염 방지 시험 연구 기금 "단일 벽 탄소 나노 튜브 (2004-2007)를 사용한 고성능 가스 센서 개발에 관한 연구를 통해 수행되었습니다

이번에는HydroxyPropylcellulose (HPC)분산제로서, 온라인 바카라의 미세한 네트워크 구조가 쉽게 형성 될 수있다 이 온라인 바카라 네트워크 구조를 사용하면 저렴하고 매우 민감한 NO₂개발 된 가스 센서

개발 된 온라인 바카라 가스 센서의 제조 절차는 다음과 같습니다 상업적으로 이용 가능한 온라인 바카라 분말 원료를 수성 HPC 용액에 첨가하고 초음파 분산을 수행한다 이 분산은입니다울트라 원심 분리두꺼운 묶음과 같은 온라인 바카라 및 촉매 금속 (주로 철)은 바닥에 가라 앉히고 잘 분산 된 온라인 바카라 (한 번에 한 조각 또는 얇은 번들과 같은) 만 상점에 포함되어 있습니다 이 상청액은 유리 기판에 배치됩니다스핀 코트를 수행함으로써, HPC에서 온라인 바카라가 균일하게 분산되는 박막을 형성 할 수있다 분산 박막은 매우 얇고 함유 된 온라인 바카라의 양은 매우 작습니다 다음으로, 진공 청소기에서 가열하여 HPC를 소환하고 제거 할 때, 온라인 바카라 만있는 네트워크 구조가 형성 될 수있다원자력 현미경 (AFM)이미지에서 볼 수 있듯이 열처리 전에 온라인 바카라는 HPC에 묻히지 만 처리 후 HPC가 거의 완전히 제거되어 온라인 바카라의 네트워크 구조를 형성합니다 다시 말해, 나노 레벨에서 분산 된 온라인 바카라의 표면이 노출되어 온라인 바카라의 원래 특성을 사용하여 매우 민감한 가스를 감지 할 수 있습니다 HPC는 온라인 바카라의 우수한 분산 능력을 가지며 가열 후 잔류 물을 떠나지 않는 우수한 소각 특성을 가지기 때문에이 미세한 네트워크 구조가 형성되었다 센서를 사용한 가스 감지는 전류 측정에 의해 수행되기 때문에, 가스 센서를 제조하기 위해 진공 증착에 의해 온라인 바카라 네트워크에 금 콤 빗 모양 전극 (100 μm의 전극 갭 폭)이 형성되었다

그림 1 : 열처리로 인한 온라인 바카라/HPC 분산의 변화의 AFM 이미지 (a) 처리 전 (b) 처리 후 5µm x 5µm

아니요, 전형적인 환경 오염 가스₂의 검출 특성 (실온) 그림에 나와 있습니다 25 내지 100ppb의 매우 낮은 농도의 NO₂가스 (건조한 공기로 희석)에도 전류 (현재 변화량/원래 전류 값)의 상대적인 변화는 106 ~ 260으로 크기 때문에 매우 민감한 탐지를 달성합니다 또한,도 2의 기준선의 안정성 및 신호 대 잡음비에 기초하여, NO는 10ppb 이하이다₂또한 감지 할 수 있습니다 또한, 동일한 조건 하에서 제조 된 센서의 응답 값의 재현성은 ± 10%이내에 상당히 좋았다 기존의 산화물 반도체 가스 센서의 경우, 환경 표준부 (40-60ppb) 및 미국 환경부 (EPA) 표준 (53ppb)과 같은 저농도 NOS₂를 감지하기가 어렵지만이 온라인 바카라 가스 센서는이를 수용하기에 충분합니다

이 가스 센서의 작동 메커니즘을 이해하는 것은 미래의 연구 주제이지만, 윤곽은 강한 전자 흡인 특성으로는 아닙니다₂흡착되고, 전자는 온라인 바카라에서 끌어 내려서 반도체 온라인 바카라에서 양전하를 형성하여 현재 변화를 초래하는 것으로 생각된다

이러한 측정을 수행 할 때, 기준선을 안정화시키고 다음 측정을 신속하게 만들기 위해 자외선 조사에 의해 한 번 흡착 된 가스 분자가 광 상쇄된다 과거에는 수은 램프 등이 사용되었지만 이번에는 작고 저전력 소비 자외선 방출 다이오드에 의한 광 제거가 광원으로 사용될 수 있음을 확인했습니다 또한, 기존의 산화 산화물 반도체 가스 센서는 구동 중에 필요한 히터 가열이 필요하지 않습니다 이를 통해 소규모 센서와 전력 소비가 낮아져 배터리 구동 가스 센서 개발을위한 기술 전망을 제공합니다

공기 중에 가스 센서를 사용하면 습도로 인한 간섭이 종종 문제가됩니다 따라서 가스 센서 응답이 50%의 습도와 건조 공기 사이에서 가스 센서 응답이 다른 정도를 평가했습니다 둘의 비율은 아니요₂농도에 대한 결과는 그림 3에 나와 있습니다₂이상적으로, 비율은 1이 농도 일 것이지만 온라인 바카라/HPC 분산 필름의 열처리 온도를 400 ° C로 설정하여이를 달성하는 것이 거의 가능했습니다 열처리 온도가 이것보다 높거나 낮 든 비율이 크게 증가했습니다 이 시점에서 습도의 영향이 가열 온도에 따라 왜 크게 다른지는 확실하지 않지만, 온라인 바카라 및 미량의 HPC 잔기 표면에서 친수성 결함의 발생이 관여하는 것으로 추정된다

온라인 바카라 장치의 실제 적용에 대한 주요 장애물 중 하나는 온라인 바카라의 매우 높은 가격입니다 이와 관련하여, 이번에 개발 된 방법은 유리하다 우리의 추정치에 따르면 상업적으로 이용 가능한 온라인 바카라 (G 당 100,000 엔)에도 불구하고 가스 센서 당 온라인 바카라 원료 비용은 손실 (원심 분리, 스핀 코팅 등으로 인한 낭비 포함)을 포함하여 7 엔 미만입니다 온라인 바카라가 매우 미세하게 분산되어 매우 적은 양의 온라인 바카라로 충분한 전도도를 달성 할 수 있기 때문입니다 이는 사용 된 값 비싼 온라인 바카라의 양을 줄여 재료 비용이 크게 줄어 듭니다 또한, 분산제 인 HPC는 저렴하게 대량 생산되고 식품 첨가제로 사용되는 안전한 재료입니다 이와 관련하여, 이번에 개발 된 방법은 실제적인 사용에 적합합니다

온라인 바카라로 반도체 장치를 제조하려면 일반적으로 온라인 바카라 자체가반도체/금속 분리필요하지만 이번에 개발 된 가스 센서는 작동이 필요하지 않습니다 센서의 전극 간격 (100 µm)이 튜브 길이 (약 1 µm)보다 훨씬 길기 때문에, 현재 경로는 일련의 다중 온라인 바카라에 의해 형성됩니다 가스 검출은 반도체 온라인 바카라 부분에서 수행되지만, 이는 현재 경로를 형성하는 반도체 온라인 바카라가 항상 반도체 온라인 바카라를 포함하기 때문입니다

앞으로, 우리는 튜브 표면을 수정하여 가스 선택성 및 응답 속도를 개선하기위한 연구를 수행 할 것입니다 또한, 아니₂이외의 가스에 대한 응답 특성에 대한 데이터가 축적되며 다양한 가스에 적용됩니다 이러한 연구와 동시에 기술을 민간 기업으로 이전하기 위해 활동을 수행 할 것입니다

◆ 단일 벽 탄소 나노 튜브 (온라인 바카라)/반도체/금속 분리

직경은 약 07 내지 4 nm (1 nm = 10 억 미터) 인 탄소 원자로 구성된 원통형 물질 길이는 보통 몇 µm ~ 수십 µm이지만 일부는 몇mm에 도달 할 수 있습니다 기본 구조는 탄소 원자에 의해 형성된 일반 육각형이다 육각형의 정렬의 차이로 인해 반도체와 금속이 될 수있는 매우 독특한 특성을 가지고 있습니다 현재의 합성 기술을 사용하여 만든 온라인 바카라는 반도체 온라인 바카라 및 금속 온라인 바카라의 혼합물이며, 이론적으로 반도체의 2/3 및 금속의 1/3입니다 이것들을 분리하는 방법은 중요한 연구 주제입니다 그러나 이번에 개발 된 가스 센서의 경우 분리를 수행하지 않고 우수한 특성을 나타낼 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

◆ 특정 표면적

물체의 표면적 대 부피의 비율 물체의 크기가 작을수록 특정 표면적이 클수록[참조로 돌아 가기]

◆ Hydroxypropylcellulose (HPC)

셀룰로오스 유도체의 유형 아래 다이어그램에 표시된 분자 구조가 있습니다 화장품, 화학 물질, 식품 등에 분산 안정제, 현탁제, 증점제 등으로 널리 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

◆ 초 원심 분리

다른 밀도로 구성 요소를 분리하기 위해 원심력을 적용하기 위해 샘플 용액을 고속으로 회전시키는 기술을 원심 분리라고합니다 이 중 분당 30,000 회 이상의 회전 속도를 초 원심 분리라고합니다[참조로 돌아 가기]

◆ 스핀 코트

중합체 등의 용액을 회전하는 기판에 떨어 뜨려 박막을 형성하는 방법,이를 얇게 퍼 뜨리고 건조시킨다[참조로 돌아 가기]

◆ 원자력 현미경 (AFM)

샘플 표면을 따라 날카로운 팁으로 바늘 (프로브)을 실행하여 미세한 모양과 불만을 관찰하고 측정하는 실험 방법[참조로 돌아 가기]