아세톤 감지 센서
Acetone Detecting Sensor
특허 요약
본 발명에 따른 아세톤 감지 센서는 서로 이격 대향하여 위치하는 소스 및 드레인 전극; 소스와 드레인 전극간의 이격 공간에 위치하며 산화아연을 함유하는 감지층;을 포함하며, 산화아연은 X-선 광전자분광 O 1s 스펙트럼에서, 528 eV 내지 534eV 영역에 위치하는 O 1s 피크의 총 면적에서 531.5eV 내지 532eV에 위치하는 피크가 차지하는 면적비가 0.40 이상이다.
청구항
번호청구항
1

서로 이격 대향하여 위치하는 소스 및 드레인 전극;상기 소스와 드레인 전극간의 이격 공간에 위치하며 산화아연을 함유하는 감지층;을 포함하며,상기 산화아연은 X-선 광전자분광 O 1s 스펙트럼에서, 528 eV 내지 534eV 영역에 위치하는 O 1s 피크의 총 면적에서 531.5eV 내지 532eV에 위치하는 피크가 차지하는 면적비가 0.40 이상이고, 상기 산화아연은 평균 직경이 10nm 이상 100nm 이하인 입자상이며, Cu Kα 선을 이용한 상기 산화아연의 X-선 회절 패턴에서, (110)면 회절 피크의 FWHM(Full Width at Half Maximum)는 0.8˚ 이상인 아세톤 감지 센서.

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제 1항에 있어서,상기 산화아연은 산화제에 의해 산화아연이 과산화아연으로 전환되는 제1변태(first transition) 및 제1변태에 의해 생성된 과산화아연이 열에 의해 산화아연으로 전환되는 제2변태(second transition)를 포함하는 변태 이력(transition history)을 갖는 아세톤 감지 센서.

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제 1항에 있어서,400℃의 감지 온도에서, 상기 센서의 아세톤 검출 농도 한계는 0.10 ppm 이하인 아세톤 감지 센서.

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제 5항에 있어서,상기 센서의 아세톤 검출 농도 한계는 0.01 ppm 이하인 아세톤 감지 센서.

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제 1항에 있어서,상기 센서는 400℃의 감지 온도 및 0.01 내지 10 atomic ppm의 아세톤 농도 범위에서, 하기 식 1로 규정되는 반응도(response)와 아세톤 농도가 선형적 비례 관계를 갖는 아세톤 감지 센서. (식 1)(식 1에서 Ra는 아세톤 감지 전 센서의 저항값이며, Rg는 아세톤 감지 후 센서의 저항값이다)

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제 7항에 있어서,상기 반응도를 상기 아세톤 농도로 나눈 비례 상수인 감도(sensitivity)는 2500 이상인 아세톤 감지 센서.

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제 1항에 있어서,400℃의 감지 온도 및 10 atomic ppm의 아세톤 농도 기준, 하기 식 1로 규정되는 반응도는 5000 이상인 아세톤 감지 센서. (식 1)(식 1에서 Ra는 아세톤 감지 전 센서의 저항값이며, Rg는 아세톤 감지 후 센서의 저항값이다)

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제 9항에 있어서,400℃의 감지 온도, 디메틸메틸포스포네이트, 황화수소, 에탄올, 톨루엔, 일산화탄소, 아이소프렌, 벤젠, 수소, 메탄, 이산화탄소 및 포름알데하이드에서 하나 이상 선택되는 경쟁 가스 및 10 atomic ppm의 경쟁 가스 농도 기준, 경쟁 가스의 반응도는 아세톤 반응도의 0.10% 이하인 아세톤 감지 센서.

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제 1항에 있어서,400℃의 감지 온도 및 10 atomic ppm의 아세톤 농도 기준, 1.5초 이내의 반응 시간을 갖는 아세톤 감지 센서.

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제 1항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,감지 온도가 100 내지 500℃인 아세톤 감지 센서.

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제 1항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 센서는 날숨에 함유된 아세톤을 감지하는 아세톤 감지 센서.

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a) 산화제를 이용하여 산화아연을 과산화아연으로 전환시키는 제1변태 단계; 및b) 열을 이용하여 제1변태 단계에 의해 생성된 과산화아연을 산화아연으로 전환시키는 제2변태 단계;를 포함하고,상기 b) 단계의 산화아연은 평균 직경이 10nm 이상 100nm 이하인 입자상이며, Cu Kα 선을 이용한 상기 산화아연의 X-선 회절 패턴에서, (110)면 회절 피크의 FWHM(Full Width at Half Maximum)는 0.8˚ 이상인 아세톤 감지용 감지물질의 제조방법.

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제 14항에 있어서,상기 a) 단계의 산화제는 과산화수소를 포함하는 아세톤 감지용 감지물질의 제조방법.

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제 14항에 있어서,상기 a) 단계는 산화아연 및 산화제를 함유하는 수용액을 60 내지 90℃의 온도로 가열 및 교반하여 수행되는 아세톤 감지용 감지물질의 제조방법.

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제 16항에 있어서,a) 단계에서 산화아연 100 몰에 대해 0.1 내지 3몰의 산화제가 혼합되는 아세톤 감지용 감지물질의 제조방법.

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제 14항에 있어서,b) 단계는 상기 과산화아연을 산화 분위기에서 350 내지 450℃로 열처리하여 수행되는 아세톤 감지용 감지물질의 제조방법.

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절연성 표면을 제공하는 기재의 절연성 표면 상에 서로 이격 대향하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 소스와 드레인 전극의 이격 공간에 제 14항 내지 제 18항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 아세톤 감지용 감지물질을 코팅하여 감지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 아세톤 감지용 감지물질은 평균 직경이 10nm 이상 100nm 이하인 입자상의 산화아연이고, Cu Kα선을 이용한 상기 산화아연의 X-선 회절 패턴에서, (110)면 회절 피크의 FWHM(Full Width at Half Maximum)는 0.8 이상인 아세톤 감지 센서의 제조방법.

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제 1항 및 제4항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 아세톤 감지 센서를 이용한 아세톤 감지 방법.

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제 20항에 있어서,I) 검출대상 가스를 아세톤 감지 센서의 감지층과 접촉시키는 단계;II) 검출대상 가스와의 접촉에 의한 아세톤 감지 센서의 전류 변화나 전압 변화를 이용하여 저항 변화를 산출하는 단계; 및III) 산출된 저항 변화를 기반으로 검출대상 가스의 아세톤 함유 여부 및 검출대상 가스에 함유된 아세톤의 농도를 산출하는 단계;를 포함하는 아세톤 감지 방법.

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제 21항에 있어서,I) 단계 전, 아세톤 감지 센서를 감지 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 아세톤 감지 방법.

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제 21항에 있어서,상기 III) 단계의 아세톤 농도는 저항 변화에 기반하며 하기 식 1로 규정되는 반응도를 이용하여 하기 식 2에 의해 산출되는 아세톤 감지 방법. (식 1)(식 1에서 Ra는 검출대상 가스와 접촉 전 센서의 저항값이며, Rg는 검출대상 가스와 접촉 후 센서의 저항값이다)(식 2)(식 2에서 response는 식 1에 따르며, S는 양의 실수 및 Ca는 atomic ppm 단위의 아세톤 농도이다)

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제 21항에 있어서,상기 검출대상 가스는 인체에서 배출되는 날숨을 포함하는 아세톤 감지 방법.