단원계 및 이원계 촉매를 이용하여 나노 감지 소자를 합성하였고, 이를 이용하여 가연성 후막 가스 센서를 제작, 촉매 시스템에 따른 가스 감지 특성을 비교하였다. 단원계의 경우 Pd 및 Pt를 각각 3wt%로, 이원계의 경우 Pd:Pt 농도를 1:2~2:1wt%로 각각 제어하여 평균 입도가 15 nm 인 $SnO_2$ 나노 분말에 도핑, 감지물질을 합성하였다. 그 후 감지물질을 paste로 만들어 인쇄, 가스센서 제작 후 $450{\sim}600^{\circ}C$의 온도로 열처리하였다. 그 결과 이원계 촉매 시스템을 가진 가스 센서는 시효 시간에 따라 감도 값이 변하는 불안정한 현상을 나타내었다, 그러나 단원계 촉매의 경우 시효 시간이 지나도 감도 값이 안정된 현상을 나타내었다. 특히 3wt% pt를 도핑하여 $500^{\circ}C$에서 열처리한 경우 5시간 시효 후에도 감도 값의 변화 폭이 3.5% 이하의 매우 안정된 특성을 나타내었고 반응 시간도 20초 이하로 매우 빠른 응답 특성을 나타내었다.
최근 사람의 후각으로는 감지하기 어려운 유해, 폭발성 가스로 인한 안전사고 발생이 많아짐에 따라 높은 감도를 지닌 가스 센서의 필요성이 커지고 있다. 특히 가스 검지층으로 감도 및 안정성이 뛰어난 $SnO_2$를 이용한 가스 센서 연구와 더불어 촉매 효과에 대한 연구도 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 물리기상증착 공정의 증착압력 등 조건들을 변화시켜 형성한 다공성 나노 구조의 $SnO_2$ 가스 검지층 위에 촉매물질을 Sputtering 방식을 이용하여 증착하였다. SEM 분석을 통해 $SnO_2$ 검지층 내 촉매물질의 분포를 확인하였다. IDT 전극 기판 위에 먼저 나노 구조의 $SnO_2$ 가스 검지층을 형성하였고 그 후에 촉매물질을 증착하였다. 제작된 샘플은 $700^{\circ}C$에서 1시간동안 튜브 퍼니스로 열처리를 진행한 뒤 챔버 내에서 측정을 진행하였다. 측정은 $300^{\circ}C$에서 CO 농도, 습도를 변화시키며 감도, 반응시간, 회복시간에 대하여 분석하였다.
우리나라는 발전용 가스터빈 설치 운영에 있어 막대한 비용을 해외에 지출하고 있으나 기술적, 산업적 측면에서 선진국 수준에 크게 미치지 못하고 있는 것이 현실이다. 늦은 감이 있지만 체계적인 가스터빈 독자개발을 위하여 국가적 차원의 역량집결이 필요하며, 이를 바탕으로 국내시장을 넘어 해외시장 진출을 준비해야 할 시점이다.
비표면적이 약 $200\;m^2/g$인 ${\gamma}-Al_2O_3$를 합성하여 얻은 ${\gamma}-Al_2O_3$ 담체에 Pd, Pt와 같은 귀금속 촉매를 첨가하여 접촉연소식 가스감지소자를 제작하였다. 제작된 센서는 최적동작을 위한 인가전압 1.75 V에서 소모전력은 약 500 mV였고, 부탄, 메탄 및 프로판 각각 100 %LEL에 대해서 약 120 mV의 높은 감도 특성을 보였다. 제작된 센서는 탄화수소 가스 농도에 대한 선형성, 재현성, 그리고 상대 습도변화에 대해서 안정된 감도 특성을 보여 주었다. 그리고 약 100일 동안 부탄 가스에 대해서 안정된 센서 감도 특성을 보여 주었다.
최근 a-CH:N (hydrogenated amorphous carbon nitride)가 a-CH 보다 팡학적, 기계객성 질이 우수하므로 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 실험에선 원료 가스의 유량 은 5 sccm으로 고정시킨 채 원료가스내의 질소 대 메탄 혼합비 (N2ICHa)훌 O 에서 4 까지 변 화시 키 띤서 DC saddle-field PECVD (plasma enhanced chemical vapour d야Xlsition)훌 이 용하여 a-CH:N 박막융 제작하여, 가스 혼합비가 박막의 미세구조와 광학척 성질에 미치는 영향올 연구하였다. 박막 성장시 진공조 내의 압력온 throttle valve롤 사용하여 90 mTorr로 일정하게 유지하였으며 양극 전압과 기판전업은 각각 500 V, 200 V로 고청하고 상온에서 중 착하였다. a a -step으로 측정 한 a-C:H:N 박막의 두께는 혼합가스내의 질소의 양이 증가할수륙 4800 A에서 2000 A로 두께가 감소하였지만 표면 rot핑비less는 혼합가스내의 질소의 양이 중가할 수록 중가함을 AFM (atomic force mi$\alpha$'0 scopy) 으로 관찰하였다. 박막내의 C와 N의 정량 분석은 RES (Rutherford back scattering s야ctroscopy) 핵공명법을 이용하여 분석하였다. X XPS (X -ray photoelectron spec$\sigma$oscopy) 와 FT-IR (Fo삐er transform-infrared s spectrometry)로 미세구조률 측정한 결과 혼합가스내의 질소의 양이 충가할수록 C-H기는 감 소하였지 만 C르N, N-H기 는 늘어 났다. 또한 PL (photoluminescence) 측정 결과 웬료가스 내 메탄과 질소의 비율이 1:1일 때 최대의 발광올 보였고 UVS (비없 vi이et spec$\sigma$orne$\sigma$y)으 로 측정한 광학쩍 에너지 캡은 혼합비내의 질소의 양이 증가할수록 2.53 eV에서 2.3 eV로 감 소하였다. 이를 결과로부터 원료가스내의 N2ICHa의 중가에 따른 박막의 미세구조 변화와 광학척 생 질의 상관 관계가 고찰될 것이다.
천연가스 및 석유를 정제 및 가공하는 화공플랜트에서 원료에 함유된 황화수소($H_2S$)의 누출로 인한 피해를 최소화시키기 위한 설계 기법들이 세계적으로 널리 연구되어왔다. 그러나 국내에서는 화공플랜트에서 $H_2S$ 가스 피해 최소화를 위한 별도의 뚜렷한 설계 지침 및 규제가 없는 실정이다. 그러므로 본 연구는 $H_2S$ 독성가스감지기를 설치해야 할 공정설비의 $H_2S$ 가스 함량의 정량적 기준을 500 ppm으로 제시하고 타당한 근거를 설명하였다. 또한 ALOHA 프로그램을 사용하여 과거 $H_2S$ 가스 누출 사고를 재구성하여 IDLH 값인 100 ppm까지의 확산 반경을 산출하였다. 모델링의 기상 조건은 국내 3대 석유화학단지가 위치한 울산, 여수, 대산의 조건을 각각 적용하였으며, 울산, 대산, 여수 순서로 긴 반경이 도출되었다. 비상시 안전을 위해서 본 연구에서 얻은 $H_2S$ 가스의 100 ppm까지의 확산 반경을 고려한 추가적인 $H_2S$ 독성가스감지기가 설치되어야 하고, 이때는 반드시 지역별 기후조건이 고려되어야 할 것이다.
사람의 후각으로 감지할 수 없는 독성, 폭발성 가스로 인한 사고 발생률이 높아지면서 고감도의 가스 센서 필요성이 증가 되고 있다. 본 연구에서는 안정적인 가스 감지를 위해 물리기상증착의 다양한 공정 조건을 변화시켜 다공성 나노구조의 $SnO_2$ 가스 검지 전극층을 제작하였다. SEM 분석을 통하여 $SnO_2$ 가스 검지층이 다공성 나노 구조를 지님을 확인하였고, TEM 분석을 통하여 $SnO_2$ 입자간의 안정적인 접합을 확인하였다. 또한 다공성 나노 구조의 $SnO_2$를 가스 검지층으로 사용하여 가스센서를 제작하였고, 가스 농도에 따른 감도 변화를 확인 할 수 있었다.
자동차 공해를 저감하기 위해서는 정부 당국의 도로 여건 개선을 통한 교통 체증의 해소, 자동차 제조기술(연소, 제어, 배기가스 정화등)의 개선, 정유사의 저공해 연료 개발 및 운전자 개개인의 운전 습관 개선, 차량 정비 점검 등 제반 노력이 합치되어야 할 것이다. 이중 연료 측면에서의 대기오염 개선을 위한 저공해화 기술을 요약하면 다음과 같다. 자동차 배기가스에 영향을 미치는 휘발유의 황함량을 낮추면 휘발유 자동차의 유해 배기가스 배출이 전반적으로 감소한다. RVP와 방향족 함량은 낮을수록, 함산소화합물함량은 높을수록 HC와 CO를 저감시키며 특히 CO의 저 감이 현저하다. 90% 증류점을 낮추면 HC 배출량이 크게 감소하고 올레핀함량을 낮추면 $NO_{x$ 배출이 억제된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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