나노 화학 센서의 기술 및 응용기술

소개글

나노 화학 센서의 기술 및 응용기술

목차

감사의 글 I

목 차 II

국문요약 Ⅳ


I . 서론 １

Ⅱ. 탄소나노튜브의 소개 ３

Ⅲ. 탄소나노튜브의 기술개요 ４
Ⅲ-1. 구조 4
Ⅲ-1-1. 탄소의 결합 4
Ⅲ-2. 합성방법 5
Ⅲ-3. 탄소나노튜브의 물성 5
Ⅲ-3-1. 전기적 성질 5
Ⅲ-3-2. 열적 성질 9
Ⅲ-3-3. 기계적 성질 9

Ⅳ. 탄소나노튜브의 응용분야 11
Ⅳ-1. 기술 개요 11

Ⅴ. 센서 기술 13
Ⅴ-1. 교류 이중전기영동법 (AC Dielectrophoresis) 13
Ⅴ-2. 흡착 (Adsorption) 15
Ⅴ-2-1. 물리흡착과 화학흡착 15
Ⅴ-2-2. 랭뮤어 흡착 등온식 (Langmuir isotherm) 16
Ⅴ-3. 가스 흡착에 따른 탄소나노튜브 특성 17
Ⅴ-4. 전극 물질에 따른 단일벽 탄소나노튜브 센서의 반응 특성 18
Ⅴ-5. 가스센서 기술 19
Ⅴ-5-1. 광학식 가스센서 19
Ⅴ-5-2. 촉매 연소식 가스센서 19
Ⅴ-5-3. 전기화학식 가스센서 20
Ⅴ-5-4. 반도체식 가스센서 21
Ⅴ-5-5. 고체 전해질식 가스센서 21
Ⅴ-5-6. 탄소 나노튜브 기반 가스센서 22

Ⅵ. 나노튜브 센서기술 24
Ⅵ-1. 오염원 감지를 위한 가스센서 26
Ⅵ-2. 상온에서의 센서작용 31

Ⅶ. 탄소나노튜브를 이용한 센서 33
Ⅶ-1. 탄소 나노튜브 기반의 바이오센서 33
Ⅷ. 센서어레이와 전자코 35
Ⅷ-1. 센서어레이 35
Ⅷ-2. 전자코 36

Ⅸ. 나노기술 개발에 대한 경제적 특징 40
Ⅸ-1. 나노기술 수준비교 40

Ⅹ. 결론 42

Ⅺ. 참고 문헌 44

본문내용

나노미터 크기의 극 미세 영역에서 새로운 물리현상과 향상된 물질 특성을 나타내는 연구 결과가 보고되면서 나노기술이라는 새로운 영역이 열렸으며, 이러한 나노 과학기술이라는 새로운 영역은 21세기를 선도해갈 전자정보통신, 의약, 소재, 제조공정, 환경 및 에너지 등의 분야에서 필수적인 기술로 부각되었다. 이러한 나노기술분야 중 새로운 물질의 구현과 산업적 응용성에 있어 크게 각관 받고 있는 분야가 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)이다.
실제로 탄소나노튜브는 이들 벽의 형태, 재료적 특성 및 길이 등에 의하여 다양한 종류가 존재하고 있으며 생산량, 가격 및 특성에 따라 응용을 다양화 시키고 있다.[1] 그중 센서의 개발이 크게 이루어지고 있는데, 최근 인류의 삶의 질 향상에 따라 건강하고, 쾌적하고, 편안한 삶을 살기 위한 많은 노력이 진행되고 있다. 센서는 이러한 삶의 질 향상을 위해서 필수불가결한 요소 중 하나이다.[2] 공기 중의 유해물질을 실시간으로 검출하는 기술은 생활환경, 노동환경을 쾌적하게 유지하기 위해 매우 중요하다. 가스센서는 대기, 환경 중의 유해물질과 오염물질을 감지하는 중요한 역할을 한다. 최근 새집증후군, 환경보존 등 주거환경이 사회문제로 되면서 가스센서에 요구되는 성능과 기능도 고도화되고 있다. 이러한 사회적 욕구를 충족시키기 위해서는 기존의 가스센서 재료를 대체할 수 있는 감도, 응답속도, 안정성 등이 우수한 특성을 가진 재료를 개발하는 것이 필수적이다. 탄소나노튜브는 부피에 비해 큰 비표면적을 가진 단일 성분 원소인 탄소 시트가 감겨서 튜브형태의 표면을 가진 물질로서, 가스가 흡착되면 전기적인 특성이 크게 달라지는 성질을 나타낸다. 탄소나노튜브의 전기저항은 특수 가스에 노출되면 예민하게 변하기 때문에 이러한 성질을 이용한 고감도 가스센서로의 응용이 기대된다.[3]다양한 형태와 기능의 센서가 개발됨에 따라 사용되는 센서의 재료 역시 단일재료에서 무기물, 유기물, 미생물 등과 같은 복합화 된 재료가 사용되고 있다. 또한 시간의 함수가 없는 정적재료에서 형상기억합금과 같은 동적 재료의 사용이 늘고 있다. 산업 사회가 고도화됨에 따라 생산현장에서부터 일반가정에 이르기까지 각종 가스의 사용이 폭증하고 그 종류도 날로 다양해지고 있다.

참고 자료

나노소재 응용기술; 탄소나노튜브의 산업 화 현황과 전망. 소대섭, 김경호, 이호신, 서 주환. 한국과학기술정보연구원(2007)
나노 재료를 이용한 최신 센서 기술 동향 박준식•박광범•김성동•박효덕. J. of the Korean Sensors Society(2009)
http://cafe.naver.com/goodcoating.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=17749
http://mybox.happycampus.com/radioas/340600
탄소나노튜브 기술동향. 이철진. (군산대학 교)
박종구, 이경재, 나노기술개발의 최근동향, 재료마당 13, 38, 2000
http://mybox.happycampus.com/radioas/340600
http://www.kgs.or.kr
J. Kong, N. R. Franklin, C. Zhou, M. G. Chapline, S. Peng, K. Cho, and H. Dai, Science, 287, 622 (2000).
N. Peng, Q. Zhang, C. L. Chow, O.K. Tan, and N. Marzari, Nano. Lett., 9, 1626(2009).
J. Kong, M. G. Chapline, and H. Dai, Adv. Mater., 13, 1384 (2001).
J. E. Fischer, H. Dai, A. Thess, R. Lee, N. M. Hanjani, D. L. Dehaas, and R. E. Smalley, Phys. Rev. B, 55, R4921 (1997).
J. H. Sung, H. S. Kim, H. Jin, H. J. Choi, and I. Chin, Macromolecules, 37, 9899 (2004).
H. A. Pohl, in Dielectrophoresis , Cambridge University Press, London (1978)
Air Pollution control , A Design Approach, 321, 375
Y. S. Ho, J. F. Porter, G. Mckay, Chemistry and physics of carbon, 28, 118
임평. 흡착공학과 과학 (2004)
J.N.R Franklin et al, "Nanotube Molecular Wires as Chemical Sensors", Science, vol, p.622,2000.
F. Lamari Darkrima, P. Malbrunota, G,p Tartaglib, "Rivew of hydrogen Journal of Hydrogen Energy, vol.27, p.193, 2002.
Jijun Zhao, Alper Buldum, Jie Ham, Jian Ping Lu, "Gas molecule absorption in carbon nanotube and nanotube bundles", nanotechnology, vol.13, p.195~200, 2002.
J. Sandler, M. S. P. Shaffer, T. Prasse, W. Bauhofer, K. Schulte, and A. H. Windle, Polymer, 40, 5967 (1999).
C. K. Jum, Y. T. Sung, M. S. Han, W. N. Kim, H. S. Lee, S. Lee, and J. Joo, Macro. Res., 14, 456 (2006).
F. Du, J. E. Fischer, and K. I. Winey, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys., 41, 3333 (2003).
F. Du, J. E. Fischer, and K. I. Winey, Phys. Rev. B., 72, 121404 (R) (2005).
A. Star, T.-R. Han, V. Joshi, J.-C. P.Gabriel, and G. Grüner Adv. Mater., 16,
2049 (2004).
J. P. Novak, E. S. Snow, E. J. Hauser,선임연구원D. Park, J. L. Stepnowski, and R. A.McGill, Appl. Phys. Lett., 83, 4026 (2003).
C. Staii, M. Chen, A. Gelperin, and A.T. Johnson, Nano Lett., 5, 1774 (2005).
https://www.auk.co.kr/kor/03_technology/down.asp?filename=semi.pdf
http://radar.ndsl.kr/RE_View.do?cn=17663&ct=ANAL&lp=SI
이정오 KIC News, Volume 12, No. 4, 2009
F. Hernandez-Ramirez, A. Tarancon, O. Casals, J. Arbiol, A. Romano-Rodriguez, and J. R. Morante, “High response and stability in CO and humidity measures using a single SnO2 nanowire”, Sensors and Actuators B, vol. 121, pp. 3-7, 2007.
Y.-S. Kim, I.-S. Hwang, S.-J. Kim, C.-Y. Lee, and J.-H. Lee, “CuO nanowire gas sensors for air quality control in automotive cabin”, Sensors and Actuators B, vol. 135, pp. 298-303, 2008.
M.-W. Ahn, K.-S. Park, J.-H. Heo, D.-W. Kim, K. J. Choi, and J.-G. Park, “On-chip fabrication of ZnO nanowire gas sensor with high gas sensitivity”, Sensors and Actuators B, vol. 138, pp. 168-173, 2009.
W.-D. Zhang and W.-H. Zhang, “Carbon nanotubes as active components for gas sensors”, J. of Sensors, Volume 2009, Article ID 160698, 16 pages, 2009.
Ting Zhang, Syed Mubeen, Nosang V Myung, and Marc A Deshusses, “Recent progress in carbon nanotube-based gas sensors”, Nanotechnology, vol. 19, p. 332001(14pp), 2008.
D. W. Park, Y. H. Kim, B. S. Kim, H.-M. So, K. Won, J.-O. Lee, K. Kong,
and H. Chang, J. Nanosci. Nanotechnol., 6, 3499 (2006).
A. Star, E. Tu, J. Niemann, J.-C. P. Gabriel, C. S. Joiner, and C. Valcke,
PNAS, 103, 921 (2006).
K. Besteman, J.-O. Lee, F. G. M. Wiertz, H. A. Heering, and C. Dekker, Nano Lett., 3, 727 (2003).
J. P. Kim, B. Y. Lee, S. Hong, and S. J. Sim, Anal. Biochem., 381, 193 (2008).
H.-M. So, K. Won, Y. H. Kim, B.-K. Kim, B. H. Ryu, P. S. Na, H. Kim, and J-O. Lee, J. Am. Chem. Soc., 127, 11906(2005).
H. R. Byon and H. C. Choi, J. Am. Chem. Soc., 128, 2188 (2006).
M. Ohnishi et al., Sensors Mater. 4, 53 (1992).
H. Sundgner et al., Meas. Sci. Techonl. 2, 464 (1991).
J. W. Gardner and P. N. Bartlett, Sensors and Sensory System for on Electronic Nose (Kluwer Academic Pub., Dordrecht, Netherlands, 1992), p. 327.
J. Ide, T. Nakamoto and T. Moriizumi, Sensors and Actuators B 13-14, 85 (1993).
J. Kondoh and S. Shiokawa, Proc. Transducers'95 (Stokholm, 1995), Vol. 2, pp. 716-719.
J. Kondoh and S. Shiokawa, J. Appl. Phys. 33, 3095 (1994).
H. Nanto et al., Sensors and Actuators B 14, 718 (1993).
T. Nakamoto and A. Jukuda, Sensors and Actuators B 10, 85 (1993).