SnO_2를 모물질로 하는 가스감지소자는 높은 감도, 빠른 응답속도 및 저전력 소모 등의 장점이 있으나, 장기안정도의 결여, 동일한 형태의 소자특성의 불균일성, 습도에 의한 감도변화, 저농도 가스검출의 어려움 및 선택성 결여 등의 문제점을 갖는 것으로 알려져 있다. 이중 저농도 가스검출의 어려움과 특정가스에 대한 선택성 결여의 문제는 Pt, Pd 등의 귀금속 촉매를 첨가시킴으로써 어느 정도 개선될 수 있다.^1) 최근에는 ZnO-SnO_2, SnO_2-Ag_2O, SnO_2-Al_2O_3 등의 산화물 복합체 또는 고용체를 이용하여 특정가스에 대한 선택성, 감도 및 장기안정성을 향상시키려고 노력해왔다.^2-6) 산화물복합체 분말은 그 제조방범에 따라 입도와 활성도가 달라진다. 뿐만 아니라 이들 분말을 이용한 가스감지소자의 제조방법에 따라 가스감지특성이 달라지므로, 가스감지소자에 적합한 각종 원료분말과 가스감지소자의 제조방법이 모색되고 있다.
본 연구에서는 LPG와 LNG의 주성분인 탄화수소계가스를 검지, 정량할 수 있는 SnO_2-TiO_2계 및 SnO_2(Rh) 가스감지물질을 제조하고 이 물질로 후막형 가스센서를 제조하였다. 이때 촉매물질로 사용된 Pt는 가스감지 모물질과 동시에 침전으로 첨가하였으며, Rh는 RhCl_3 3H_2O를 n-butanol에 녹인 후 500℃에서 하소하여 금속 Rh을 얻고 이를 SnO_2 분말에 첨가하였다.
제조한 소자에 대한 안정도, 감도, 선택성 및 응답속도 등의 검토를 통해 우수한 조건을 선택하여 양산화를 통해 이를 실용화할 수 있는 소자의 Prototype을 완성하였다. 또한, 제조된 가스감지소자의 응용을 위해 부탄가스 경보기 및 공기중에서의 부탄가스 농도를 신뢰성 있게 측정할 수 있는 저전력의 휴대용 가스농도계를 설계, 제작하여 시험 평가하였다.
Tin oxide-based thick films were prepared by screen printing technique for sensing the hydrocarbon gases.
A SnO_2-based raw material was synthesized coprecipitation method. Conductive sensing material was synthesized by aqueous solution of SbCl_5 to precipiting solution. The suspension coprecipitated was dried the material at 110℃ in gravity convection oven or by freeze drying method. The effects of drying methods on the morphology and sensing characteristics of the thick film were investigated. The TiO_2 addition to the thick film was enhanced the adhesiveness between a sensing film and alumina substrate. The sensitivities of the thick film to hydrocarbon gases were enhanced by adding TiO_2 to SnO_2-based materials at the loading rate of between 3 and 5 mol%. TiO_2 was transformed from glass or anatase structure to rutile struture and this phase transformation affected the gas sensitivity of the thick film. Platinum added to the gas sensitivities to hydrocarbon gases.
The SnO_2(Rh) material^was obtained by mixing metal Rh and SnO_2 that was prepared by precipitation method. Added metal Rh element increased gas sensitivity to hydrocarbon gases.
From the long term stability data, it is concluded that SnO_2-TiO_2(Sb,Pt) and SnO_2(Rh) sensors can be used for a hydrocarbon sensors that have high stability in the hydrocarbon ambient.
For the praticle application, portable butane gas alarm system and concentration monitering system were made with developed sensors.
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