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Thin-walled $SnO_2$ nanotubes functionalized by nanocatalysts-based exhaled breath sensors = 나노입자 촉매가 기능화된 1차원 주석산화물 나노튜브 구조기반의 날숨센서 개발에 관한 연구
서명 / 저자 Thin-walled $SnO_2$ nanotubes functionalized by nanocatalysts-based exhaled breath sensors = 나노입자 촉매가 기능화된 1차원 주석산화물 나노튜브 구조기반의 날숨센서 개발에 관한 연구 / Ji-Soo Jang.
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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초록정보

The nanostructuring of metal oxide, which is one of the promising sensing materials, has been studied for in-creasing surface area, porosity, and productivity. With such nanostructuring as a sensing materials in mind, me-so-porous and hollow nanostructure is ideal design due to its high surface area and gas accessibility. On top of nanostructuring, consistent functionalization of nanocatalysts on sensing layers is also important issue. To achieve these key points, we here report synthesis of thin-walled $SnO_2$ nanotubes (NTs), and meso (2-50 nm) and macro (>50 nm) size pores loaded thin-walled $SnO_2$ NTs functionalized by bio-inspired Pt nanocatalysts (Pt-PS_$SnO_2$ NTs). Due to its high gas accessibility and optimized catalytic effect, they exhibited high sensitivity ($R_{air}/R_{gas$} = 192 @ 5 ppm acetone), excellent selectivity, and great limit of detection (10 ppb acetone). Very im-portantly, sensor arrays assembled with PS_$SnO_2$ NTs, Pt-PS_$SnO_2$ NTs and Pt-$SnO_2$ NTs enable the directly discrimination between the simulated diabetic patients and healthy people in their breath.

본 논문에서는 주석산화물 나노튜브 및 다공성 나노튜브에 다양한 함량의 고분산성 백금 및 금 나노입자 촉매를 손쉽게 기능화시키는 합성방법과 다양한 가스농도 (0.1-5 ppm) 및 동작온도 ($250-400 \circ C$) 하에서의 바이오마커 다종가스 (황화수소, 아세톤, 톨루엔, 펜탄, 일산화탄소, 일산화질소, 암모니아)에 대한 반응성 및 선택성에 대한 연구를 수행하였다. 더불어, 당뇨병 생체지표 가스인 아세톤기체에 대해서 선택적으로 반응하는 감지물질을 이용해, 실제 건강한 사람의 날숨과 모의당뇨환자의 날숨을 구분하는 센서개발에 대한 연구를 수행하였다. 가스감지물질로 사용된 주석산화물 나노튜브 및 다공성 나노튜브는 전기방사 기법 및 열처리 공정중 승온 속도조절을 통해 합성되었으며, 고분산성 금속 나노입자 촉매들은 아포페리틴이라는 단백질 템플릿을 이용해 합성되었다. 나노튜브구조의 넓은 비표면적과 효과적으로 분산되어있는 나노입자 촉매 덕분에 아세톤에 대해서 ($R_{air}/R_{gas}$ = 192 at 5 ppm) 높은 반응성을 나타내었으며, 황화수소, 톨루엔, 펜탄, 일산화탄소, 일산화질소, 암모니아와 비교해서도 10배이상 높은 선택적인 감도특성을 나타내었다. 이상의 제작된 고감도 아세톤 가스센서를 어레이 형태로 제작하여, 건강인의 날숨과 모의 당뇨환자의 날숨을 분석하였으며, 주성분분석을 통해서 성공적으로 건강인의 날숨과 모의 당뇨화자의 날숨을 구별해냈다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MMS 16054
형태사항 iii, 47 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 장지수
지도교수의 영문표기 : Il-Doo Kim
지도교수의 한글표기 : 김일두
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References : p. 35-41
주제 $SnO_2$
Exhaled breath
Nanotube
Gas sensor
Catalyst
주석산화물
날숨
나노튜브
가스센서
촉매
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