JP5347187B2 - イオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)水酸化物を蒸留水に溶解させて水酸化物溶液を製造する第1ステップと、
(2)上記第1ステップの過程を通じて製造された水酸化物溶液に金属触媒を投入して溶解させる第2ステップと、
(3)上記第2ステップの過程を通じて得られた溶液に炭素材を混合させ、攪拌する第3ステップと、
(4)上記第3ステップの過程を通じて得られた混合物を熱処理する第4ステップと、
(5)上記第4ステップの過程を通じて熱処理された炭素材を洗浄する第5ステップと、
(6)上記第5ステップの過程を通じて洗浄された炭素材を乾燥する第6ステップと、
(7)上記第6ステップの過程を通じて得られた炭素材を基板にローディングしてガスセンサーを製造する第7ステップと、を含んでなる。
炭素材料に多重壁炭素ナノチューブを選定した。
上記実施形態で酸化バナジウム触媒の添加及びイオン化のみを省略してガスセンサーを製造し、これを比較例に選定した。
上記実施形態及び比較例により製造されたガスセンサーの表面特性を調べるためにXPS(X-ray photoelectron spectroscopy)分析をして、これを図3に表した。図3から分かるように、本発明の実施形態によるガスセンサーの表面には金属酸化物イオンが導入されたことを確認することができる。
上記実施形態及び比較例により製造されたガスセンサーの構造特性を調べるために、比表面積特性を分析して下記の<表1>及び<図4>に表した。
上記実施形態及び比較例により製造されたガスセンサーのガス感応特性を評価した。ガス感応特性は、図5に図示されたような装置を用いて25℃の温度でNOガスを50ppmの濃度で注入して測定し、測定された結果を下記の<表2>及び図6に表した。図6に図示されたグラフのX軸は測定時間を、Y軸は抵抗変化率を意味する。
Claims (19)
- (1)水酸化物を蒸留水に溶解させて水酸化物溶液を製造する第1ステップと、
(2)前記第1ステップの過程を通じて製造された水酸化物溶液に金属触媒を投入して溶解させる第2ステップと、
(3)前記第2ステップの過程を通じて得られた溶液に炭素材を混合させ、攪拌する第3ステップと、
(4)前記第3ステップの過程を通じて得られた混合物を熱処理する第4ステップと、
(5)前記第4ステップの過程を通じて熱処理された炭素材を洗浄する第5ステップと、
(6)前記第5ステップの過程を通じて洗浄された炭素材を乾燥する第6ステップと、
(7)前記第6ステップの過程を通じて得られた炭素材を基板にローディングしてガスセンサーを製造する第7ステップと、
を含んでなることを特徴とする、イオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。 - 前記水酸化物は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第1ステップを通じて製造される水酸化物溶液の濃度は2乃至8Mの範囲であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記水酸化物溶液の濃度は、4乃至6Mの範囲であることを特徴とする、請求項3に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第2ステップの過程を通じて水酸化物溶液に溶解される金属触媒は、酸素を含む金属酸化物触媒であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記金属酸化物触媒は、酸化亜鉛、酸化銅、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化マンガン、酸化マグネシウム、酸化クロム、及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項5に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第2ステップの水酸化物溶液に金属触媒を溶解させる過程での水酸化物溶液と金属触媒との割合は、水酸化物溶液100重量部を基準として金属触媒5乃至40重量部であることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第3ステップの炭素材は、単一壁炭素ナノチューブ、二重壁炭素ナノチューブ、多重壁炭素ナノチューブ、炭素繊維、カーボンブラック、グラファイト、チャー(char)、コール(coal)、タール(tar)、及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第3ステップの混合及び攪拌する過程は、常温で0.5乃至3時間の間なされることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第3ステップの混合及び攪拌する過程は、前記第2ステップの過程を通じて得られた溶液100重量部を基準として炭素材5乃至20重量部を混合してなされることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第4ステップの熱処理する過程は、5乃至10℃/minの速度で昇温させ、最終的に600乃至900℃の温度範囲で1乃至4時間の間なされることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第5ステップの洗浄する過程は蒸留水を用いて、洗浄完了後の洗浄液のPHが中性を表すまで反復遂行されることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第6ステップの乾燥する過程は、50乃至100℃の温度範囲で5乃至30時間の間なされることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第7ステップでなされるガスセンサーの製造は、分散溶液に前記第6ステップの過程を通じて得られた炭素材を分散させ、これを電極が載置された基板の上に積層させてなされることを特徴とする、請求項1に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記分散溶液は、エタノール、メタノール、アセトン、ジメチルホルムアミド、及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項14に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記分散溶液に分散される炭素材の割合は、分散溶液100重量部を基準として0.1乃至10重量部であることを特徴とする、請求項14に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記第7ステップの以後に前記第7ステップの過程を通じて得られたガスセンサーを熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項14に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 前記熱処理は、30乃至100℃の温度範囲で、0.1乃至3時間の間なされることを特徴とする、請求項17に記載のイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサーの製造方法。
- 請求項1乃至18のうち、いずれか1つの方法により製造されたイオン性金属触媒が導入された炭素材を用いた高感度ガスセンサー。
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