In this study, we proposed a new concept of novel gas filter which can improve the selectivity and minimize the moisture interference of metal oxide gas sensor by coating the MOFs(Metal Organic Frameworks), which is functional material, on PDMS micro-porous structure using simple and rapid coating method. Thermally and chemically stable PDMS micro-porous structure which was simply made by using a sugar template, provided a filter frame with a large surface area 3D multi micro-channel. Cu(BTC), which is known to have excellent selective adsorption for CO compared to $H_2$, and MIL-160 with excellent moisture absorption capacity were uniformly coated on the PDMS micro-structure through a simple squeezing coating method that allows high content of functional materials. As a result, Cu(BTC) coated PDMS micro-porous filter showed 62% of excellent adsorption efficiency for CO to H2 and the selectivity of H2 to CO was improved up to 2.6 times. In addition, MIL-160 coated PDMS micro-porous filter showed 76% of moisture adsorption efficiency, which improved the moisture stability of the sensor. Therefore, these high-performance gas filters effectively overcome the limitations (i.e. gas selectivity, moisture interference) of conventional metal oxide gas sensors.
본 연구에서는 PDMS 미세 다공성 구조체에 기능성 물질인 금속 유기 골격체 (Metal Organic Frameworks: MOFs)를 간단하고 신속한 방법으로 코팅하여 금속 산화물 가스 센서의 선택성을 높이고 수분 간섭을 최소화 할 수 있는 새로운 개념의 가스 필터 제작 방법을 제안했다. 각설탕 템플릿을 기반으로 만들어진 열적∙화학적으로 안정한 PDMS 미세 다공성 구조체는 넓은 표면적과 3차원 다중 마이크로 채널을 갖는 프레임을 제공 하였다. 미세 다공성 필터는 수소($H_2$)에 비해 일산화탄소(CO)에 대한 선택적인 흡착력이 우수한 Cu(BTC)와 수분 흡수 능력이 탁월한 MIL-160을 간단하고 높은 함유량을 제공하는 압착 코팅 방식으로 PDMS 미세 다공성 구조체에 코팅하여 제작되었다. 그 결과, Cu(BTC)가 코팅 된 PDMS 미세 다공성 필터는 일산화탄소에 대한 62% 이상의 흡착 효율을 보이며 금속산화물 가스 센서의 수소에 대한 선택성을 최대 2.6배 이상 향상시켰으며, MIL-160이 코팅 된 PDMS 미세 다공성 필터는 76% 이상의 높은 수분 흡착 효율을 보여 센서의 수분에 대한 안정성을 향상시켰다. 이러한 결과들로부터 기능성 물질이 코팅된 PDMS 미세 다공성 필터들은 금속 산화물 가스 센서의 한계인 낮은 선택성과 수분에 의한 간섭을 효과적으로 극복 할 수 있는 가능성을 보여주었다.
