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[한국원자력연구원] 컴팩트하고 높은 민감도를 갖는 그래핀 화학 센서

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

분야 : 화학 개발상태 9

그래핀을 이용한 산소 센서

보유기관 및 연구자 : 여순목 책임연구원/ 한국원자력연구원

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○그래핀(Graphene)을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소/가스 감지센서를 제작할 수 있는 기술
- 그래핀은 나노 구조로 이루어져 있어 가스, 산소 등 화학 센서로 이용 시 매우 효과적으로 센싱 대상체를 포집하여 감도 높은 센싱이 가능
- 그래핀의 특성과 본 기술로 고안된 설계를 통하여 전극을 설치하고 저항을 측정하기 위한 설계만 갖춘다면 산소와 가스 노출 정도에 상관없이 민감하게 센싱이 가능하며 이를 통하여 정확한 측정을 할 수 있는 산소/가스 감지 센서로 제작 가능

기존 기술의 문제점: ○ 초음파를 이용한 산소센서는 음파 파형을 분석하는 트랜스듀서 구비로 인해 부피가 큼
○ 지르코니아를 이용하여 만들어진 산소센서는 제품 수명은 우수하지만 제조 단가가 매우 비쌈
○ 자기식, 또는 적외선, 레이저를 이용하는 경우 별개의 장치를 요구하거나 환경에 따른 오차 값이 발생할 수 있음

기술 차별점: ○ 저항 측정을 위한 디바이스 외 추가 장치 필요 없음 (기존대비 간단한 구성)
○ 그래핀을 이용하여 부피가 작은 센서 구현 가능 (기존대비 비용절감 기대)
○ 노출 정도, 시간에 상관없이 정밀하고 높은 감도로 분석 대상 센싱 가능

세부 내용: ○ 다음과 같은 과정을 통해 본 그래핀 센서 제조
- 1단계: 기판 상부에 그래핀층을 구비
- 2단계: 그래핀층 상부에 전극층을 구비
- 3단계 전극으로 전류를 인가하여 전압을 통한 그래핀상의 산소 내지 가스 측정