In this study, the diffusion process and the thermal energy distribution gradient of the sensor were confirmed by using the finite element analysis program (COMSOL) of the mesh method to analyze the thermal diffusion in the wearable fabric (Nylon) + MWCNT gas sensor. To analyze the diffusion process of thermal energy, the structure of the gas sensor was modeled in a two dimension plane. The proposed modeling was presented with the characteristic value for the component of the sensor, and the gas sensor designed using the mesh finite element method (FEM) was proposed and analyzed by suggesting the one-way partial differential equation in the governing equation to know the degree of thermal energy diffusion and the thermal energy gradient. In addition, the temperature gradient 10[K/mm] of the anode-cathode electrode layer and the gas detection unit was investigated by suggesting the heat velocity transfer equation.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.33
no.4
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pp.321-325
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2020
Atmospheric environmental problems have a major impact on human health and lifestyle. In humans, inhalation of nitrogen oxides causes respiratory diseases, such as bronchitis. In this paper, thermal analysis of a gas sensor was carried out to design and fabricate a wearable nylon-yarn gas sensor for the detection of NOx gas. In the thermal analysis method, the thermal diffusion process was analyzed while operating the sensors at 40 and 60℃ to secure a temperature range that does not cause thermal runaway due to temperature in the operating environment. Thermal diffusion analysis was performed using the COMSOL software. The thermal analysis results could be useful for analyzing gas adsorption and desorption, as well as the design of gas sensors. The thermal energy diffusion rate increased slightly from 10.05 to 10.1 K/mm as the sensor temperature increased from 40 to 60℃. It was concluded that the sensor could be operated in this temperature range without thermal breakdown.
Son, Ju Hyeong;Kim, Hyun Soo;Yoon, Young Ki;Jang, Kyung Uk
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.32
no.5
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pp.432-436
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2019
In this study, we produced a light, flexible, wearable gas sensor by depositing MWCNTs (Multi-walled Carbon Nanotubes) into nylon. MWCNTs are widely used as a gas sensor material due to their excellent mechanical, electrical and physical characteristics. We produced a gas sensor to detect NOx gases by depositing nylon yarn in a MWCNT solution. The MWCNT solution was made by mixing 3 mg MWCNT in 5 ml of ethanol. Nylon yarn was placed in the manufactured solution and ultrasonic waves were applied using an ultrasonicator for 3 h, resulting in MCWNT deposition. The MWCNT-deposited nylon yarn was dried at room temperature for 24 h. The MWCNT-thin-film-coated nylon yarn was masked 1 mm apart, and gold was then deposited on the masked nylon yarn to create the gas sensor. The sensor then was installed in a chamber with a controlled atmospheric environment and exposed to NOx gas. The changing signal from the sensor was amplified to analyze its gas detection characteristics.
Kim, Yoon Hwa;Koo, Won-Tae;Jang, Ji-Soo;Kim, Il-Doo
Journal of Sensor Science and Technology
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v.28
no.6
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pp.377-384
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2019
People currently spend more than 80% of their time indoors; therefore, the management of indoor air quality has become an important issue. The contamination of indoor air can cause sick house syndrome and various environmental diseases such as atopy and nephropathy. Formaldehyde gas, which is the main contaminant of indoor air, is lethal even with microscopic exposure; however, it is commonly used as an adhesive and waterproofing agent for indoor building materials. Therefore, there is a need for a gas sensor capable of detecting trace amounts of formaldehyde gas. In this review, we summarize recent studies on metal oxide-based semiconductor gas sensors for formaldehyde gas detection, methods to improve the gas-sensing properties of metal oxides of various dimensions, and the effects of catalysts for the detection of parts-per-billion level gases. Through this, we discuss the necessary characteristics of the metal oxidebased semiconductors for gas sensors for the development of next-generation sensors.
Bikers can be subjected to accidents during their bicycling. Helmets are only good, if any, for their head protection. A wearable airbag can protect the human neck area if it is properly designed. This airbag system is composed of an inflater and an airbag. The inflater contains a pressurized gas cylinder and a piercing device. The airbag is an inflatable fabric surrounding the human neck. When a bicycle accident happens, a sensor captures the motion of the biker and a microcomputer sends a signal to open a valve in the inflator to supply the pressurized gas to the airbag. An important issue of this system is that the airbag should be quickly inflated to protect the human neck. This paper deals with the airbag inflation time simulation and some issues to design a wearable airbag system. Also, a prototype was tested to show its feasibility using a human dummy mounted on a running cart.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.17
no.1
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pp.19-24
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2022
Through the development and dissemination of embedded devices, studies that may help patients are rapidly emerging. Recently, as wearable devices have become one of the ways to diagnose diseases in daily life, they are being studied as a way to assist severely ill patients to lead their daily lives. Among them, a method of detecting and giving signals to detect and solve symptoms using acceleration sensors to diagnose Parkinson's disease is being studied, and there is no study to measure and analyze various factors that can affect Parkinson's disease. To solve them, we designed and developed a wearable device, P-Band, with various sensors capable of diagnosing related symptoms, including acceleration sensors capable of diagnosing Parkinson's disease. In this paper, the overall structure of the P-Band and the description and operation method of the measurable sensors are presented. In addition, it was confirmed that the symptoms of Parkinson's patients could be determined complexly through the results measured in actual patients.
In this paper, we report the sensing performance of H2 gas sensors composed of Pd/carbon nanotube (CNT) buckypaper at room temperature. The CNT buckypaper was made using a simple filtration process and subsequently deposited with Pd as the sensing material. The sensitivity of the sensor increased with respect to the gas concentration. To investigate the effect of Pd thickness, Pd layers of different thickness were deposited on the buckypaper, and the response of the sensor was evaluated. The proposed sensor exhibits excellent sensing properties with optimized Pd thickness at room temperature (25℃). Pd nanoparticles significantly impact the sensitivity and selectivity of the sensor because of the spillover effect. In addition, the sensor is highly suitable for bendable and wearable devices owing to its structural flexibility.
The objective of this study was to develop a wearable systems that protect users, based on sensors that are easy to use, from accidents caused by harmful gases in the operator's poor working environment or the risk of ultraviolet rays during outdoor activities. By developing smart wappen with Light Emitting Diode (LED) light alarm function including UV sensor and gas sensor and central processing unit, systems that are applied to daily wear and work clothes to explore the possibility of user-centered, harmful environment monitoring products in real time were proposed. Each sensor was applied to sportswear and work clothes and the wappen system consisted of lightweight and thin form as a whole. Wappen to cover the device had one sheet cover on the front and another cover from the inside to form a sandwich like formation. Wappen was made in the same form as regular clothes that doesn't damage the exterior then a removable wappen system was developed using Velcro and snap methods to enable the separation of device or the exchange of batteries. De-adhesion method can occur in two ways, from the outside and from the inside, so the design is selected depending on the application. This study shows the significance of the development of sensor-based smart clothing, in that it presented a universal model for users.
In this study, heterogeneous ZnO/CNTF composites were developed to improve the NO2-sensing response, facilitated by the self-heating property. Highly conductive and mechanically stable CNTFs were prepared by a wet-spinning process assisted by the liquid crystal (LC) behavior of CNTs. Metal-organic frameworks (MOFs) of ZIF-8 were precipitated on the surface of the CNTF (ZIF-8/CNTF) via one-pot synthesis in solution. The subsequent calcination process resulted in the formation of the ZnO/CNTF composites. The calcination temperatures were controlled at 400, 500, and 600 ℃ in an N2 atmosphere to confirm the evolution of the microstructures and NO2-sensing properties. Gas sensor characterization was performed at 100 ℃ by applying a DC voltage to induce Joule heating through the CNTF. The results revealed that the ZnO/CNTF composite after calcination at 500 ℃ (ZnO/CNTF-500) exhibited an improved response (Rair/Rgas = 1.086) toward 20 ppm NO2 as compared to the pristine CNTF (Rair/Rgas = 1.063). Selective NO2-sensing properties were demonstrated with negligible responses toward interfering gas species such as H2S, NH3, CO, and toluene. Our approach for the synthesis of MOF-driven ZnO/CNTF composites can provide a new strategy for the fabrication of wearable gas sensors integrated with textile materials.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.27
no.4
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pp.528-534
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2024
In continuous research of detecting highly toxic chemical warfare agents to ensure preparedness for the future battlefield, flexible and wearable sensor platforms with high sensitivity are still demanding. Herein we demonstrate a facile fabrication of polypyrrole-based chemiresistors on cellulose paper for the detection of nerve gas simulants. In order to optimize electrical properties of sensor platform, conducting polymer made of polypyrrole were first synthesized on flexible cellulose paper and interdigitated electrodes were formed thereon. Following confirmation of polypyrrole and/or oxime moiety through FT-IR analyses, electrical characteristics were measured in the various ratio of monomers between simple pyrrole and oxime-modified one. Typically for the optimized chemiresistor(2:8 molar ratio of simple pyrrole and oxime-modified one), eleven species of chemical warfare agents were examined and enhanced conductivity(104~105 order) was observed for three simulants(diethyl cyanophosphonate, diisopropyl fluorophosphonate and diethyl chlorophosphonate), which was mainly attributed to intermolecular hydrogen bonding, while no significant responses was recorded against sixteen common volatile organic chemicals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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