본 연구에서는 웨어러블 Fabric(Nylon) + MWCNT 가스센서 내부에서 열확산을 해석하기 위해서 요소해석 프로그램(comsol)을 이용하여 센서 내부에서의 열용량의 확산 과정과 열용량 분포 경도를 확인하였다. 열용량의 확산과정을 해석하기 위해서 가스센서의 구조체에 대하여 이차원으로 모델링을 진행하였으며, 제시된 모델링에 대해서 센서 구성 부분에 대한 특성값을 제시하여 메시 요소법(FEM)을 이용하여 설계된 웨어러블 가스센서에 대해서 열용량이 확산되는 정도와 열용량 경도를 구하기 위해서 지배방정식으로 1계 편미분방정식을 제안하여 해석하였으며, 열속도 전달식을 제안하여 전극층과 가스 검출부의 10[K/mm] 온도 경도를 구하였다.
Carbon nanotubes (CNT) has the excellent physical characteristics in the sensor, medicine, manufacturing and energy fields, and it has been studied in those fields for the several years. We fabricated the NOx gas sensors of MOS-FET type using the MWCNT. The fabricated sensor was used to detect the NOx gas for the variation of $V_{gs}$ (gate-source voltage) with the ambient temperature. The gas sensor absorbed the NOx gas molecules showed the decrease of resistance, and the sensitivity of sensor was reduced by the NOx gas molecules accumulated on the MWCNT surface. Furthermore, when the voltage ($V_{gs}$) was applied to the gas sensor, the term of the decrease in resistance was increased. On the other hand, the sensor sensitivity for the injection of NOx gas was the highest value at the ambient temperature of $40^{\circ}C$. We also obtained the adsorption energy ($40^{\circ}C$) using the Arrhenius plots by the reduction of resistance due to the $V_{gs}$ voltage variations. As a result, we obtained that the adsorption energy also was increased with the increasement of the applied $V_{gs}$ voltages.
Hydrogen gas (H2) which is odorless, colorless is attracting attention as a renewable energy source in varions applications but its leakage can lead to disastrous disasters, such as inflammable, explosive, and narcotic disasters at high concentrations. Therefore, it is necessary to develop H2 gas sensor with high performance. In this paper, we confirmed that H2 gas detection ability of SnO2 based H2 gas sensor along with thermal treatment effect of SnO2. Proposed SnO2 based H2 gas sensor is fabricated by MEMS technologies such as photolithgraphy, sputtering and lift-off process, etc. Deposited SnO2 thin films are thermally treated in various thermal treatement temperature in range of 500-900 ℃ and their H2 gas detection ability is estimatied by measuring output current of H2 gas sensor. Based on experimental results, fabricated H2 gas sensor with SnO2 thin film which is thermally treated at 700 ℃ has a superior H2 gas detection ability, and it can be expected to utilize at the practical applications.
This study used a single metal oxide semiconductor (MOS) sensor to classify the major odorous gases hydrogen sulfide ($H_2S$), ammonia ($NH_3$) and toluene ($C_6H_5CH_3$). In order to classify these odorous substances, the voltage on the MOS sensor heater was gradually reduced in 0.5 V steps 5.0 V to examine the changes to the response by the cooling effect on the sensor as the voltage decreased. The hydrogen sulfide gas showed the highest sensitivity compared to odorless air under approximately 2.5 V and the ammonia and toluene gases showed the highest sensitivity under approximately 5.0 V. In other words, the hydrogen sulfide gas reacted better in the low temperature range of the MOS sensor, and the ammonia and toluene gases reacted better in the high-temperature range. In order to analyze the response characteristics of the MOS sensor by temperature in a pattern, a two-dimensional (2D) x-y pattern analysis was introduced to clearly classify the hydrogen sulfide, ammonia, and toluene gases. The hydrogen sulfide gas was identified by a straight line with a slope of 1.73, whereas the ammonia gas had a slope of 0.05 and the toluene gas had a slope of 0.52. Therefore, the 2D x-y pattern analysis is suggested as a new way to classify these odorous substances.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제13권1호
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pp.27-30
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2012
This paper proposes a micro gas sensor for measuring $H_2S$ gas. This is based on a $SnO_2$-CuO multi-layer thin film. The sensor has a silicon diaphragm, micro heater, and sensing layers. The micro heater is embedded in the sensing layer in order to increase the temperature to an operating temperature. The $SnO_2$-CuO multi layer film is prepared by the alternating deposition method and thermal oxidation which uses an electron beam evaporator and a thermal furnace. To determine the effect of the number of layers, five sets of films are prepared, each with different number of layers. The sensitivities are measured by applying $H_2S$ gas. It has a concentration of 1 ppm at an operating temperature of $270^{\circ}C$. At the same total thickness, the sensitivity of the sensor with multi sensing layers was improved, compared to the sensor with one sensing layer. The sensitivity of the sensor with five layers to 1 ppm of $H_2S$ gas is approximately 68%. This is approximately 12% more than that of a sensor with one-layer.
Recently, development of advanced soil monitoring technology has became essential for effective site remediation. Soil gas evaluation is simple and powerful technology which can reduce the environmental impact during the survey of VOC contaminated area. In this research, the feasibility test of SnO$_2$ceramic gas sensor is conducted to improve soil gas measurement technology. As a result, it is successfully proved that this gas sensor has an possibility for soil gas monitoring.
A novel electrode for an NO gas sensor was fabricated from electrospun polyacrylonitrile fibers by thermal treatment to obtain carbon fibers followed by chemical activation to enhance the activity of gas adsorption sites. The activation process improved the porous structure, increasing the specific surface area and allowing for efficient gas adsorption. The gas sensing ability and response time were improved by the increased surface area and micropore fraction. High performance gas sensing was then demonstrated by following a proposed mechanism based on the activation effects. Initially, the pore structure developed by activation significantly increased the amount of adsorbed gas, as shown by the high sensitivity of the gas sensor. Additionally, the increased micropore fraction enabled a rapid sensor response time due to improve the adsorption speed. Overall, the sensitivity for NO gas was improved approximately six-fold, and the response time was reduced by approximately 83% due to the effects of chemical activation.
In2O3 thick film gas sensor for detecting NOx gas of high concentration was fabricated by a screen printing technique. This work focussed on investigation of the change of sensitivity to NOx gas with firing temperatures of sensing layer and on improvement of the sensitivity by adding catalysts such as Al,. Ru, and SnO2 The cross sensitivites of sensor to CO, H2, CH4 and i-C4H10 gases were also examined under NO2 gas concentration of 200ppm Pure In2O3 gas sensor prepared at a firing temperature of 50$0^{\circ}C$ showed a maximum sensitivity to NOx gas at the operating temperature of 40$0^{\circ}C$ Al(0.004 wt%)-In2O3 sensor largely improved the sensitivities to both NO2 and NO gas and showed a superior selectivity compared with other gas sensors.
In this study, a micro gas sensor for $NO_x$ was fabricated using a microelectromechanical system (MEMS) technology and sol-gel process. The membrane and micro heater of the sensor platform were fabricated by a standard MEMS and CMOS technology with minor changes. The sensing electrode and micro heater were designed to have a co-planar structure with a Pt thin film layer. The size of the gas sensor device was about $2mm{\times}2mm$. Indium oxide as a sensing material for the $NO_x$ gas was synthesized by a sol-gel process. The particle size of synthesized $In_2O_3$ was identified as about 50 nm by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). The maximum gas sensitivity of indium oxide, as measured in terms of the relative resistance ($R_s=R_{gas}/R_{air}$), occurred at $300^{\circ}C$ with a value of 8.0 at 1 ppm $NO_2$ gas. The response and recovery times were within 60 seconds and 2 min, respectively. The sensing properties of the $NO_2$ gas showed good linear behavior with an increase of gas concentration. This study confirms that a MEMS-based gas sensor is a potential candidate as an automobile gas sensor with many advantages: small dimension, high sensitivity, short response time and low power consumption.
This paper describes NDIR $CO_2$ gas sensor that shows the characteristics of temperature compensation. It consists of novel optical cavity that has two elliptical mirrors and a thermopile detector that includes ASIC chip in the same metal package for the amplification of detector output voltage and temperature sensor. The newly developed sensor modules shows high accuracy (less than +/-40 ppm) throughout the measuring concentration of $CO_2$ gas from 0 ppm to 2,000 ppm. After implementing the calculation methods of gas concentration, which is based upon the experimental results, the sensor module shows high accuracy less than +/- 5 ppm error throughout the measuring temperature range $(15^{\circ}C\;to\; 35^{\circ}C)$ and gas concentrations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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