The Enhancement of Selectivity in Thick Film SnO2 Gas Sensors by Additives and Pattern Recognition

The Sn $O_2$-based gas sensors can detect inflammable and toxic gases of low concentration by the modulation of surface resistance, but they lack in selectivity on the whole. To give selectivity to the Sn $O_2$-based gas sensors, studies on the sensing mechanism, selective gas sensing materials and signal processing techniques are demanded. Ethanol (C$_2$ $H_{5}$OH) and acetonitrile ($CH_3$CN) were confirmed to undergo catalytic oxidation on Sn $O_2$ by gas chromatography. PdCl$_2$-doped Sn $O_2$ showed excellent sensitivity to ethanol and acetonitrile, while La$_2$ $O_3$-doped Sn $O_2$ showed excellent sensitivity to ethanol, but poor sensitivity to acetonitrile. Using these two sensors and pattern recognition, the selectivity to acetonitrile is greatly enhanced. The minimum detection level of acetonitrile was 15 ppm in air and 20 to 100 ppm when exposed to interfering gases together with acetonitrile.

첨가제 및 패턴인식에 의한 후막 SnO2 가스센서의 선택성 향상

Sn $O_2$ 가스센서는 낮은 농도의 가연성 가스 및 유독 가스를 표면 저항의 변화로부터 탐지할 수 있으나, 가스 선택성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해서는 가스반응기구의 규명과 같은 기초이론 연구와 함께 선택성이 우수한 센서재료의 개발 및 적절한 신호처리방법의 적용이 필요하다. 본 논문에서는 Sn $O_2$ 표면에서 일어나는 에탄올 (C$_2$ $H_{5}$OH)과 아세토니트릴($CH_3$CN)의 촉매산화반응을 가스크로마토그래피 분석을 통해 확인하였다. PdCl$_2$가 첨가된 Sn $O_2$ 센서는 에탄올과 아세토니트릴에 대하여 높은 감도를 보였고, 반면에 La$_2$ $O_3$가 첨가된 Sn $O_2$ 센서는 에탄올에 대해서는 높은 감도를, 그리고 아세토니트릴에 대해서는 낮은 감도를 보였다. 이들 두 센서재료 개발 및 패턴인식기법적용을 통하여 아세토니트릴에 대한 선택성을 크게 증가시킬 수 있었다. 아세토니트릴에 대한 최소 탐지농도는, 공기 중에서는 15 ppm이었고, 다른 방해가스와 함께 존재할 경우에는 20 ppm에서 100 ppm 정도로 나타났다.