가스 센서의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 센서
Gas sensor manufacturing method and gas sensor manufactured using the same
특허 요약
본 발명은 가스 센서의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 가스 센서를 개시한다. 본 발명은 기판 상에 금속유기구조체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하는 금속유기구조체 층을 형성하는 단계; 및 상기 금속유기구조체 층 상에 레이저를 조사하여 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 가스 감지층을 형성하는 단계에서 상기 금속유기구조체 층은 상기 레이저에 의해 금속유기구조체-파생물(MOFs-derivatives)로 변환되며, 상기 금속유기구조체-파생물은 금속, 금속 산화물 및 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
청구항
번호청구항
1

기판 상에 금속유기구조체(Metal-Organic Frameworks, MOFs)를 포함하는 금속유기구조체 층을 형성하는 단계; 및상기 금속유기구조체 층 상에 레이저를 조사하여 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함하고,상기 가스 감지층을 형성하는 단계에서 상기 금속유기구조체 층은 상기 레이저에 의해 금속유기구조체-파생물(MOFs-derivatives)로 변환되며,상기 금속유기구조체-파생물은 금속, 금속 산화물 및 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

2

제1항에 있어서, 상기 금속유기구조체-파생물은 금속, 금속 산화물 및 탄소 중 적어도 둘 이상을 포함하는 이종 복합체(hetero composite)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

3

제1항에 있어서, 상기 금속유기구조체-파생물은 상기 금속유기구조체에 의해 물리적 물성, 화학적 물성 및 가스 감지 물성 중 적어도 어느 하나가 조절되고,상기 물리적 물성은 모폴로지(morphology) 및 결정성(crystallinity) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 화학적 물성은 화학 조성(chemical composition), 결합 에너지(binding energy) 및 결함(defects) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,상기 가스 감지 물성은 가스 선택도(gas selectivity), 가스 감도(gas sensitivity), 직선성(linearity), 응답-회복 시간(response-recovery time), 내구성(durability), 저항성(resistance) 및 신뢰성(reliability) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

4

제3항에 있어서, 상기 금속유기구조체는 Cu3HHTP2, Cu3(HITP)2, Ni3(HHTP)2, Ni3(HITP)2, ZIF-L, ZIF-8, MOF-5, HKUST-1 및 MIL-101 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

5

제1항에 있어서, 상기 금속유기구조체-파생물은 상기 레이저를 조사하기 위한 공정 파라미터에 의해 물리적 물성, 화학적 물성 및 가스 감지 물성 중 적어도 어느 하나가 조절되고,공정 파라미터는 레이저 펄스 주기, 레이저 펄스 폭, 레이저 파장, 레이저 파워, 레이저 빔 크기, 레이저 에너지 밀도, 레이저 스캔 방법, 레이저 조사 횟수, 레이저 조사 속도 및 레이저 빔 형상 중 적어도 어느 하나를 포함하며,상기 물리적 물성은 모폴로지(morphology) 및 결정성(crystallinity) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 화학적 물성은 화학 조성(chemical composition), 결합 에너지(binding energy) 및 결함(defects) 중 적어도 어느 하나를 포함하며,상기 가스 감지 물성은 가스 선택도(gas selectivity), 가스 감도(gas sensitivity), 직선성(linearity), 응답-회복 시간(response-recovery time), 내구성(durability), 저항성(resistance) 및 신뢰성(reliability) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제5항에 있어서, 상기 레이저는 연속파 레이저(continuous-wave laser) 혹은 펄스 레이저(pulsed laser) 인 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조 방법.

7

제5항에 있어서, 상기 레이저 파장은 355 nm 내지 1064 nm인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

8

제5항에 있어서, 상기 레이저 파워(laser power)는 0.05 W 내지 2W 인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

9

제5항에 있어서, 상기 레이저 스캔 방법은 라인 스캔, 포인트 스캔 및 래스터 스캔 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

10

제5항에 있어서, 상기 레이저 조사 횟수는 1회 내지 3회인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

11

제5항에 있어서, 상기 레이저 조사 속도는 0.01 mm/s 내지 100 m/s인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제5항에 있어서, 상기 레이저 빔 형상은 가우시안, 원형(circular), 플랫 탑 라인(flat-top line), 플랫 탑 원형(flat-top circular) 및 플랫 탑 스퀘어(flat-top square) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제5항에 있어서, 상기 레이저 빔 크기는 1 ㎛ 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제5항에 있어서, 레이저 에너지 밀도는 0.1 J/cm2 내지 1E+6 J/cm2인 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

15

제1항에 있어서, 상기 가스 감지층을 형성하는 단계는,상기 금속유기구조체 층 상에 선택적으로 레이저를 조사하여 가스 감지 패턴을 형성하는 단계; 및상기 레이저가 조사되지 않은 금속유기구조체 층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제1항에 있어서, 상기 기판은 글래스, 사파이어, 쿼츠, PET(Polyethylene Terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), PU(Polyurethane), PEN(Polyethylene naphthalate), PEEK(Polyetheretherketon), PI(polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), PVC(Polyvinyl Chloride), PAN(Polyacrylonitrile), PS(polystyrene) 및 PE(polyethylene) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서의 제조 방법.

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제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 가스 센서의 제조 방법에 따라 제조되고,기판 상에 형성되는 가스 감지층을 포함하며,상기 가스 감지층이 금속유기구조체-파생물(MOFs-derivatives)을 포함하고,상기 금속유기구조체-파생물은 금속, 금속 산화물 및 탄소 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.

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제17항에 있어서, 상기 가스 감지층은 가스 감지 패턴을 포함하고, 상기 가스 감지 패턴은 라인, 점, 사각형, 삼각형 및 어레이 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.

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제17항에 있어서, 상기 가스 센서는 저항변화법(chemiresistive), 정전용량법(capacitive), QCM(Quartz crystal microbalance), CM(crystal microbalance), FET(field-effect transistor), 다이오드, KP(Kelvin probe) 및 광학적 특성변화법(optical gas sensor) 중 적어도 어느 하나의 방법으로 가스를 검출하는 것을 특징으로 하는 가스 센서.