As the pollution of the atmospheric environment and the concern about health care of the public are increasing, the chemical gas sensor that can monitor the indoor air quality or the health status of the individual in real time is receiving great attention. In particular, chemiresistive gas sensors using metal oxides are the most promising type of gas sensors among the various types of gas sensor because they show high sensitivity and fast sensing ability even for ppm level gas molecules. However, it is still a major problem to selectively detect specific gases and accurately detect very low concentrations (ppb level) of gas molecules. In this Ph.D. thesis, I have developed a new synthesis method for synthesizing various metal oxide nanostructures and developed a platform for efficiently transferring nanoparticle catalysts to metal oxides in order to improve the sensing ability and selectivity of gas sensors. Furthermore, to solve the problem of selectivity which is a critical disadvantage of metal oxide, it is intended to improve sensitivity and selectivity of gas sensor based on metal oxide by introducing pore-tuned graphene oxide gas membrane as molecular sieving layer to selectively permeate the target gas molecules. By combining high surface area nanomaterials, nanocatalysts, and molecular sieving membrane, the accurate and high-resolution gas sensing system that can detect ppm level gas species was successfully achieved.
대기환경 오염의 심각성이 대두되고 있고, 국민들의 헬스케어에 대한 관심이 급증하면서, 실내 공기질 모니터링 또는 개인의 건강상태를 실시간으로 파악 할 수 있는 가스센서기술이 큰 주목을 받고있다. 특히, 금속산화물을 이용한 저항변화식 가스센서는 ppm 이하의 낮은 기체들에 대해서도 높은 감도와 빠른 감지 능력을 보여주고, 동작 원리가 간단해 센서기술 중에서도 가장 전도유망한 타입의 가스센서로 평가받고 있다. 하지만, 특정 기체를 선택적으로 감지하고, ppb이하의 매우 낮은 농도의 기체분자들을 정확하게 감지하는 것은 여전히 주요한 문제점으로 남아있다. 본 학위논문에서는 가스센서의 감지 능력과 선택성을 향상시키기 위하여, 다양한 금속산화물 나노구조체 합성할 수 있는 새로운 합성기법을 개발하고, 나노입자 촉매를 금속산화물에 효율적으로 결착하기 위한 플랫폼을 개발한다. 나아가, 금속산화물의 고질적인 단점인 선택성 문제를 해결하고자, 선택적 기체투과막으로써 기공도가 조절된 그래핀 산화물 멤브레인을 도입하고, 실제 금속산화물 기반의 가스센서 감도 향상과 선택성향상을 다루고자 한다.
