반도체 pH 센서인 pH-ISFET와 효소 고정화막을 기술적으로 결합한 FET형 반도체 요소 및 포도당센서를 제조하고 그 동작특성을 조사하였다. 사진식각기술을 이용하여 pH-ISFET의 수소이온 감지막 위에 urease와 glucose oxidase를 감광성 고분자 물질인 PVA(polyvinyl alcohol)-SbQ(stilbazolium group)로 고정화(immobilization)시켰다. 제조된 요소센서와 포도당센서는 각각 $0.5{\sim}50{\;}mg/dl$ 범위의 요소농도와 $10{\sim}1000{\;}mg/dl$의 포도당 농도를 정량 할 수 있었다.
감광성 고분자를 감지막 재료로 한 FET(Field Effect Transistor)형 $CO_2$센서를 사진식각법으로 제작하였다. 즉, 바탕소자인 pH-ISFET gate 위에 먼저 Ag/AgCl 기준전극을 형성한 후, 수화젤(hydrogel)막 및 기체투과막의 순서로 감지막을 사진식각법으로 형성하였다. 광가교형 감광성 고분자 polyvinyl alcohol 또는 poly(vinyl pyrrolidinone-co-vinyl acetate)를 감지막의 재료로 할 경우에는 사진식각법으로 용매를 포함하는 일정두께의 수화젤막을 형성하는 것이 어려운 것으로 판단되었다. 광중합 감광성 고분자로서 2-hydroxy methacrylate, acrylamide 단량체를 수화젤막 재료로, polyurethane acrylate oligomer를 기체투과막의 재료로써 사용할 경우 사진식각법으로 용이하게 막의 형성이 가능하였고, 제조된 FET형 $CO_2$ sensor는 $CO_2$농도 $10^{-3}{\sim}10^0mole/{\ell}$에서 좋은 직선성을 나타내었다.
In this work, porous silicon(PS) layer is used as a sensing material to detect organic gases. To do this, PS sensors with membrane structure are fabricated. The sensors were made by applying the technologies of membrane formation by anisotropic etching of silicon, and PS layer formation by anodization in HF solution. From fabricated sensors, current-voltage (I-V) curves were measured against ethanol (called alcohol), methanol and acetone gases evaporated from 0.1 to 0.5% solution concentrations at $36^{\circ}C$. As the result, all curves showed rectifying behavior due to a diode structure between Si and PS, and the conductance of sensor devices increased largely with the organic solution concentration at high voltage of 5V.
We experimentally investigated the mechanical and electrical characteristics of the poly vinyl alcohol(PVA) hydrogel which have attracted special interest as a mechanochemical material, and the applicability of the hydrogel membrane to a sensor for measuring large strain. As a result, the PVA hydrogel could be regarded as a Hookean elastic material and was treated as an electric resistance which was proportional to the tensile strain within a linearly elastic range.
In this study, biomarkers were analyzed and segmented using tunable infrared gas sensors after performing the principal component analysis. The free spectral range of the device under test (DUT) was around 30 nm and DUT-5580 yielded the highest output voltage property among the others. The biomarkers (isoprophyl alcohol, ethanol, methanol, and acetone solutions) were sequentially mixed with deionized water and their mists were carried into the gas chamber using high-purity nitrogen gas. A total of 17 different mixed gases were tested with three tunable infrared gas sensors, namely DUT-3144, DUT-5580, and DUT-8010. DUT-8010 resolved the infrared absorption spectra of whole mixed gases. Based on the principal component analysis with each DUT and their combinations, each mixed gas and the trends in increasing gas concentration could be well analyzed when the contributions of the eigenvalues of the first and second were higher than 70% and 10%, respectively, and their sum was greater than 90%.
피치계 활성탄소섬유의 유해가스 감응특성을 알아보고자 피치계 활성탄소섬유와 폴리비닐알코올(PVA)을 이용하여 가스센서용 전극을 제조하였다. 제조된 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 물리화학적 특성은 주사전자현미경(SEM) 및 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 분석하였다. 또한, 전극의 유해가스 감응특성은 $NH_3$, NO 및 $CO_2$와 같은 여러 유독가스를 이용하여 확인하였다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 비표면적은 바인더인 PVA에 의하여 활성탄소섬유보다 33% 감소하였지만, 전극의 기공크기분포는 PVA에 의하여 크게 영향을 받지 않았다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극은 반도체 기반 가스센서와는 다르게 전자도약에 의해서 유해가스를 감응하였다. 본 연구에서, 활성탄소섬유 전극의 저항은 100 ppm의 $NH_3$ 유해가스에 대하여 7.5% 감소하였으며, 그 $NH_3$ 가스 감응특성이 다른 유해가스보다 뛰어남을 확인하였다.
This study investigates the sensitivity of a gas sensor to volatile organic compounds (VOCs) at various operating temperatures and catalysts. Nano-sized powdered $WO_3$ prepared by sol-gel and chemical precipitation methods was mixed with various metal oxides. Next, transition metals (Pt, Ru, Pd, and In) were doped on the surface of the mixture. Metal-$WO_3$ thick films were prepared using the screen-printing method. The physical and chemical properties of the films were studied by SEM/EDS, XRD, and BET techniques. The measured sensitivity to VOCs is defined as the ratio ($R_a/R_g$) of resistance ($R_{air}$) of $WO_3$ film in the air to resistance ($R_{gas}$) of $WO_3$ film in a VOCs test gas. The sensitivity and selectivity of the films were tested with various VOCs such as acetaldehyde, formaldehyde, methyl alcohol, and BTEX. The thick $WO_3$ film containing 1 wt % of Ru and 5 wt % of $SnO_2$ showed the best sensitivity and selectivity to acetaldehyde gas at an operating temperature of 300 $^{\circ}C$.
The development of glucose biosensors has been attracting much attention because of their importance in monitoring glucose in the human body; such sensors are used to diagnose diabetes and related human diseases. Thanks to the high selectivity, sensitivity to glucose detection, and relatively low-cost fabrication of enzyme-immobilized electrochemical glucose sensors, these devices are recognized as one of the most intensively investigated glucose sensor types. In this work, ZnO nanofibers were synthesized using an electrospinning method with polyvinyl alcohol zinc acetate as precursor material. Using the synthesized ZnO nanofibers, we fabricated glucose biosensors in which glucose oxidase was immobilized on the ZnO nanofibers. The sensors were used to detect a wide range of glucose from 10 to 700 M with a sensitivity of $10.01nA/cm^2-{\mu}M$, indicating that the ZnO nanofiber-based glucose sensor can be used for the detection of glucose in the human body. The control of nanograins in terms of the size and crystalline quality of the individual nanofibers is required for improving the glucose-sensing abilities of the nanofibers.
A copper tetracumylphenoxy phthalocyanine (CuPccp) thin film was formed on an organic insulator film by Langmuir-Blodgett (LB) deposition for gas sensor fabrication. To increase the reproducibility of film transfer, stearyl alcohol was used as a transfer promoter. The structural properties of the CuPccp layers were optically monitored through attenuated total reflection and polarization-modulated ellipsometry techniques. The average thickness of a single layer of the CuPccp LB film was measured to be 2.5 nm. Despite the role of the transfer promoter, the stability of the layer transfer was not sufficient to ensure homogeneity of the LB film. This was probably due to the presence of aggregates in the molecular structure of the CuPccp LB film. Nevertheless, copper phthalocyanine polymorphism can be greatly suppressed by the LB arrangement, which appears to contribute to the improvement of electrical conductivity. The p-type semiconductor characteristics were confirmed by Hall measurements from the CuPccp LB films.
Pure and 0.3 wt% Au-doped In2O3 hollow spheres were synthesized via ultrasonic spray pyrolysis of droplets containing an In-source and sucrose in air and their gas sensing characteristics to 1 ppm ethanol, 1 ppm toluene, 1 ppm xylene, 2 ppm nitrogen dioxide (NO2), and 30 ppm carbon monoxide (CO) were measured at 400 - 450℃. The pure In2O3 hollow spheres exhibited relatively low gas responses and sluggish recovery kinetics. In contrast, the doping of Au into In2O3 hollow spheres significantly increased the gas response (S= resistance ratio) to 1 ppm ethanol (S= 20.6) at 400℃ with low cross-responses (S = 1.3-8.8) to other interference gases. Furthermore, the hollow spherical morphology of In2O3 provides a large surface area and facilitates rapid gas diffusion, resulting in fast response and recovery times. The sensor exhibited excellent performance with a low detection limit of 1.6 ppb. These findings indicate that the Au-In2O3 hollow spheres are promising candidates for advanced ethanol-sensing applications, particularly in breath-alcohol monitoring for ignition interlock devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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