Human exhaled breath has hundreds of VOCs (volatile organic compounds) gases which use as biomarkers of special diseases. For example, acetone is the biomarker of diabetes and toluene is the biomaker of lung cancer. Metal oxide semiconductor gas sensor is cheap and can make small size sensor, so it is considered as good candidate of portable sensor for diagnosis of diseases. However, to apply it as disease diagnosis sensor, sensitivity, selectivity and response time shoud be improved. Increasing surface area of active material can enhance the sensitivity because metal oxide semiconductor gas sensor`s reaction occurs on surface of active material. Adding catalyst not only improves the sensitivity and response time but also enhances the selectivity. Therefore, in this study, author make porous WO3 nanofibers which is well known as n-type material to increase the surface area and add and embed the Pd nanoparticles in WO3 nanofibers as a catalyst. Author test the gas sensing properties in highly humid condition (85-95 RH%) which is similar to human breath and various temperature range. Sensing gases are toluene and H2S.
사람의 날숨 속에는 특정 질병과 연관된 가스가 포함되어 있으며, 이러한 가스는 바이오마커로 알려져 있다. 예를 들어, 날숨 속 아세톤은 당뇨병 진단, 톨루엔 가스는 폐암 진단을 위한 바이오마커로 이용된다. 금속 산화물 반도체는 저렴할 뿐 만 아니라 소형화하여 제작할 수 있다는 장점을 가져 휴대용 질병진단 센서를 제작할 수 있다는 가능성을 가지고 있다. 그러나 질병진단을 위한 날숨센서에 적용하기 위해서는 매우 민감한 가스감지와 빠른 반응속도, 특정가스를 선택적으로 감지할 수 있는 선택성을 필요로 한다. 금속산화물을 이용한 가스센서는 표면에서의 반응이 가스 감도를 결정하므로 나노 사이즈의 감지소재 제조를 통한 비표면적 향상에 대한 연구가 진행되어 왔다. 비표면적 향상을 통한 반응 특성의 향상 외에 가스 감도 및 반응 속도 향상, 가스 선택성 등의 향상을 위해 다양한 금속 촉매를 첨가하는 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 전기방사법을 이용해 대표적인 n-type물질인 WO3의 나노 사이즈의 섬유를 합성하여 비표면적을 향상시키고 가스 감도와 반응 속도 등의 향상을 위해 금속 입자인 Pd를 촉매로 첨가하였다. 또한 Pd 나노 입자를 표면에 첨가 하는 방법과 전기 방사 시 전구체 형태로 WO3 나노섬유 안에 침입시키는 방법으로 형성한 WO3 가스 센서를 제조하여 각각의 가스 감도를 측정하였다. 다양한 센서 구동온도 및 사람의 날숨과 유사한 고습환경 (85-95 RH%)에서 황화수소와 톨루엔 가스에 대한 반응특성에 대하여 Pd 촉매가 미치는 영향을 밝히고 날숨센서 특성규명을 통한 질병진단의 가능성을 보고한다.
