Highly sensitive sensing of VOCs such as acetone and ammonia can be employed as clinical use in detection several disease. Various materials are having been studied to develop such sensitive sensor such as metal oxide and two dimensional materials (2-D materials). However, due to its wide band gap properties, metal oxide based channel only can be operated in high temperature ($200 ~300^\circ C$), which will not be applied in portable devices. On the same way, various band gap materials of 2-D materials are studied in sensor to solve room temperature operation. However, these 2-D materials gas sensors possess limited sensitivity due to the trade-off between gas response and electrical noise. Here, we experimentally demonstrate prospective of $Ti_3C_2$ metallic MXene gas sensor and investigate its properties for the first time. Our metallic sensor shows two significant advantages that it shows low noise induced by metallic conductivity and high signal for abundant hydrophilic surface group. As a result, these yield high signal to noise ratio toward gases and our device can possibly detect very high diluted VOCs (50~100ppb) which is criteria for clinical use. With these unique surface group and its metallic conductance, $Ti_3C_2$ MXene shows exclusive performance in chemical sensors at room temperature and we first demonstrate an insight how metallic sensor can be employed as chemical sensors.
아세톤 그리고 에탄올과 같은 휘발성 유기화합물을 민감하게 감지하는 것은 다양한 질병을 진단하는 용도로 각광받고 있다. 이러한 기체를 감지하기 위해 메탈옥사이드와 2차원 물질 등 다양한 물질을 이용해서 고민감성 소자를 개발하고 있다. 메탈옥사이드 같은 경우는 해당 물질들의 에너지 띠(밴드 갭)이 너무 높아 실온에서는 전기가 잘 흐르지 않는다. 그렇기 때문에 소자로써 사용되기 위해서는 섭씨 200~300도에서의 높은 온도에서만 구동이 되는 문제점을 갖고 있다. 이러한 고온 구동 때문에 휴대성을 강조하는 기체 소자에 치명적인 단점을 갖고 있을 수 밖에 없다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해서 여러 작은 밴드 갭을 가진 이차원 물질들이 주목 받고 있다. 그러나 이러한 이차원 물질들에서는 가스의 반응성과 전기적 노이즈의 트레이드 오프가 존재하기 때문에 가스를 민감하게 감지하는데 분명한 한계를 갖고 있다. 우리는 멕신 카바이드멕신을 이용해 실험적으로 금속성 멕신 기체 감지 소자의 특성과 기존 물질의 한계의 원론적인 해답을 제시하였다. 우리의 금속성 소자는 금속 전도성으로 유도된 낮은 노이즈와 풍부한 친수성 표면기로 인한 높은 신호를 가지는 2가지 장점이 있다. 결과적으로 우리의 타이타늄 카바이드 멕신 화학 기체 감지 소자는 목표 기체에 대한 높은 신호 대비 노이즈 값을 가지고 있고 이러한 성능은 임상적인 용도로 감지해야 하는 상당히 낮은 농도의 휘발성 유기화합물을 감지할 수 있다는 것을 보여 주었다. 타이타늄 카바이드 멕신 소자는 독특한 친수성기와 금속성 전도성 덕분에 상온에서 작동하는 뛰어난 화학적 소자이며 우리는 금속 소자가 화학적 소자로써 고민감성의 장점이 있다는 것을 처음으로 제시하였다.
