Pt가 도핑된 ZnO 나노로드 구조 기반의 C2H2 센서 개발
Development of C2H2 sensor based on Pt-doped ZnO nanorods
- 주제(키워드) 아세틸렌 가스센서 , 마이크로히터와 온도센서 , Pt가 도핑된 ZnO 나노로드 , 표면 탄성파 , 절연유
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이기근
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000030270
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
귀금속 및 금속 산화물의 나노 구조는 고성능 가스 센서의 제작을 위해 사용되는 주 재료이다. 그러나 대부분의 제작된 저항형 가스센서는 변압기의 절연유와 같은 열악한 환경에서는 좋은 성능을 보이지 못한다는 단점을 보이고 있다. 본 논문에서는 아세틸렌(C2H2) 가스를 감지하는데 귀금속(Pt)로 도핑된 감지 물질(Zinc Oxide, ZnO)의 3D 나노로드 구조가 좋은 성능을 발휘한다는 것을 보여준다. ZnO 나노입자의 박막은 RF스퍼터를 사용해서 증착되고, 3D ZnO 나노로드 구조가 화학적 방법으로 형성되어 Pt (Platinum)로 도핑된다. 센서에 자체적인 열 공급을 위해 센서와 동일한 평면에 온도센서와 통합된 마이크로히터가 시뮬레이션을 통해 디자인되고, 제작된다. 제작된 센서는 각각의 다른 농도의 C2H2 가스 (200ppm, 1000ppm, 1500ppm)에서 실험되었으며 이전에 제작되어 발표된 다른 센서들에 비해 큰 감도를 보여주었다. 또한 실용적인 부분에서도 본 연구에서 제작된 센서가 좋은 성능을 발휘한다는 것을 보여주기 위해 자체적으로 개발된 시스템 환경 내에서 센서를 실험해보았고 이전 테스트와 유사한 결과를 갖는다는 것을 보였다. 마지막으로, 지속적인 연구를 통해 표면탄성파를 이용한 가스센서를 새로 설계하고 간단히 테스트를 해보았으며, 그 결과 새로 설계 된 센서가 절연유에서도 C2H2 가스를 실시간으로 감지를 할 수 있다는 가능성을 보였다.
more목차
1장 서론 1
1.1 연구 배경 1
2장 동작 원리 및 COMSOL 시뮬레이션 4
2.1 가스 감지 원리 4
2.2 최적화 매개 변수를 고려한 COMSOL 시뮬레이션 6
2.2.1 마이크로 히터와 온도센서를 위한 COMSOL 시뮬레이션 6
2.2.2 Pt가 도핑된 3D 나노로드 구조의 COMSOL 시뮬레이션 6
3장 센서 제작 및 테스팅 셋업 8
3.1 제작 과정 8
3.1.1 마이크로히터, 온도센서, 센서 IDE, ZnO seed layer 증착 9
3.1.2 ZnO 나노로드 성장 9
3.2 테스팅 셋업 11
4장 실험 결과 14
4.1 제작된 센서 14
4.2 마이크로 히터와 온도센서 측정 16
4.3 공기 중 가스 챔버에서의 C2H2 가스센서 측정 19
4.3.1 온도에 따른 C2H2가스센서의 측정 19
4.3.2 C2H2의 ppm에 따른 가스센서의 측정 21
4.3.3 제작된 C2H2센서의 반복성 실험 24
4.3.4 다른 논문에서 제작된 C2H2센서와의 결과 비교 25
4.4 센서 인터페이스 장치를 이용한 C2H2 센서 테스트 26
4.5 변압기 절연유 내에서의 C2H2 감지를 위한 센서의 개발(진행중인 연구) 29
4.5.1 표면탄성파(SAW)를 이용한 C2H2 가스 센서의 시뮬레이션 및 제작 29
4.5.2 공기중과 오일중에서 C2H2 SAW 센서의 측정 결과 32
5장 결론 35
참고문헌 36
Abstract 38
