나피온 코팅 탄소나노튜브 가스센서 제작 및 생선 부패에 따른 특성 평가

김창득,양기원,이형락,손영수 한국물리학회 2020 새물리 Vol.70 No.2

Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have different electrical properties through surface reactions with ambient gases because of defects formed on the surface. The sensitivity of SWCNTs to gases varies depending on the presence or absence of a Nafion coating. In this study, a SWCNT gas sensor was fabricated to measure the extent of decay of fish. Ammonia (NH3) and trimethylamine (N(CH3)3, TMA) gases are released from fish as they decay. To confirm the applicability of the gas sensor to decaying fish, we investigated the reactivity of the designed SWCNT gas sensor to ammonia and TMA. To measure the extent of decay of fish, replaced a piece of mackerel of a certain size in a container maintained at 30 ◦C, together with a SWCNT gas sensor, and we allowed the mackerel to decay naturally. The characteristics of the fabricated SWCNT gas sensor in the presence of decaying mackerel was monitored over time. The change in the electrical characteristics of the SWCNT gas sensor due to the decayed mackerel, along with the characteristics identified in TMA gas, confirmed the applicability of the gas sensor to measurements of fish spoilage. 단중벽 탄소나노튜브는 (single-walled carbon nanotube, SWCNT)는 표면에 형성된 결함지역들이원인이 되어 주변 가스와의 표면 반응을 통해 전기적 특성이 달라지게 되고, 나피온 (Nafion) 의 코팅유무에 따라 SWCNT의 가스에 대한 작용 민감도가 변화하게 된다. 본 연구에서는 생선의 부패 정도확인을 위하여 SWCNT 가스센서를 제작하였고, 나피온 코팅 유무에 따른 가스 반응도 변화를 확인하였다. 생선은 부패 과정에서 암모니아 (NH3)와 트리메틸아민 (N(CH3)3, TMA) 등의 가스를 배출하게 되어 제작된 SWCNT 가스센서의 가스 반응도 변화에는 NH3 와 TMA 두 가지의 가스를 사용하였다. 생선의부패 정도 측정을 위하여 일정한 크기의 고등어 조각을 SWCNT 가스센서와 함께 30 ◦C 로 유지된 용기에넣고 고등어 조각의 자연 부패를 진행하였다. 제작된 SWCNT 가스센서를 이용하여 시간에 따라 고등어조각에서 방출되는 가스에 의한 특성 변화를 확인하였다. 고등어 조각의 부패에 따른 SWCNT 가스센서특성 변화는 TMA 가스에서 확인되는 특성과 비교하여 생선 부패 가스센서로의 적용 가능성을 확인하였다.

가스센서를 활용한 암모니아 가스의 실시간 흡수 효율 평가에 관한 연구

임정진(Jung Jin Lim),김한수(Han Soo Kim),김선태(Sun Tae Kim) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.4

본 연구에서는 실험실 규모의 스크러버 전단과 후단에 설치된 가스센서의 출력값으로부터 흡수제의 실시간 흡수효율을 평가하기 위한 연구를 진행하였다. 스크러버 전단과 후단에 설치된 가스센서는 센서표면에서의 가스 흡·탈착반응으로 발생되는 전기적인 변화를 출력신호로 나타내는 측정장치이며, 스크러버의 흡수제와 암모니아 가스와의 반응시간(3시간, 6시간 및 12시간)에 따른 암모니아 가스의 흡수량을 산출하였다. 또한 가스센서의 출력값으로부터 산출된 암모니아 흡수량을 기존의 암모니아 분석방법인 인도페놀법에 의한 흡수량 산정방법과 비교해 보았으며, 약 20%의 차이를 보이긴 하나 0.99 이상의 높은 상관성을 보이고 있음을 확인하였다. 또한, 반응시간에 따른 pH와 흡수량과의 높은 상관성을 확인할 수 있었으며, 흡수제에 대한 암모니아 흡수량을 실시간으로 파악함으로써 흡수제의 파과시간을 예측할 수 있었다. 향후 다양한 연구를 통하여 악취배출시설의 스크러버에 이와 같은 가스센서를 적용하여 흡수제의 흡수 효율을 실시간으로 평가하여 교체주기 및 효율 등을 실시간으로 평가할 수 있는 시스템으로 발전이 가능함을 확인하였다. This study was carried out to develop the realtime evaluation system of NH₃ absorption efficiency with gas sensors which were installed on the inlet and outlet of lab-scale scrubber system. The NH₃ absorption amount, calculated by sensor outcomes for 3 hr, 6 hr, and 12 hr of absorption process, was compared with the results analysed by Indo-phenol method for the absorption solution. Even though the difference between two methods was about 20%, the correlation coefficient between the two results was very high, more than 0.99. In addition, we could find very good correlation between pH, absorption amount and reaction time. Also we could find out the breakthrough time in the middle of absorption process. With more diverse experiment in the future, we can make gas sensor system for the realtime evaluation of the odor and/or air pollution treatment efficiency.

암모니아 가스 센싱을 위한 가스투과성이 높은 PDMS 맴브레인의 제작

홍영걸 ( Yeonggeol Hong ),이주영 ( Jooyoung Lee ),배호인 ( Hoin Bea ),장경제 ( Kyoung-je Jang ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.1

PDMS (Polydimethylsiloxane) 맴브레인은 높은 가스 투과성, 소재의 유연성, 생체적합성 등과 같은 특성을 가지며, 가스 분리, 미세유체 플랫폼, 바이오 센서, 세포배양 등의 다양한 분야에서 활용된다. 특히, PDMS 맴브레인은 기체센서의 기체 분리용 막으로 활용된 사례가 다수 보고되었다. 본 연구에서는 암모니아 가스 농도 측정용 비색센서에 적용할 목적으로 가스투과도를 조절 할 수 있는 PDMS를 개발하고자 하였다. 가스 투과도는 각각 PDMS 맴브레인의 두께, 경화제와 PDMS의 비율, 경화 온도와 같은 매개변수의 조절을 통해 이루어졌다. PDMS의 두께는 스핀코터의 작동 조건의 조절로 조절되었으며, 이 때 사용된 PDMS의 조성은 경화제의 비율로 조절하여 각각 5:1, 10:1, 20:1로 실험하였다. 경화 온도는 50~70 °C 의 범위에서 10°C 간격으로 조절하여 충분히 반응한 후 관찰하였다. 실험을 통해 제작된 시편들의 가스 투과성능 평가 장치를 구축하였다. 실험조건은 일정 공간의 중앙을 제작된 멤브레인으로 분리하여, 양단의 압력 차를 발생시켜 압력에 의한 가스 투과도를 조절하였다. 실험결과 두께는 얇을수록, 경화 온도는 높을수록, 경화제의 비율은 10:1에서 가장 높은 투과도를 확인하였다. 최종적으로 제작된 맴브레인을 암모니아 가스센서에 적용하여 암모니아 가스 투과성과 관련된 맴브레인의 투과성을 평가하였고, 향후 Lab on Chip 기반의 미세유체 가스센싱 플랫폼에 가스투과 막으로 사용성이 높다고 판단하였다.

환경가스센서의 개발

정일형,김진사,이수길,박건호,이준웅 한국전기전자재료학회 1995 電氣電子材料學會誌 Vol.8 No.6

본 고에서는 지구환경문제에 관련된 가스와 그들의 검지를 위한 가스센서에 관하여 살펴보고자 한다. 환경오염을 방지하려는 노력과 대책이 전세계적으로 추진되고 있는 시점에서 특히 대기오염의 주범인 환경가스에 대한 고성능 센서의 개발은 필수불가결하다. 그러나 현재에 사용되고 있는 환경가스센서는 차량의 배기계통에 사용되는 산소센서나 연소배출가스를 검지하는 소수의 가스센서외에는 아직 실용화되지 못하고 있다. 따라서 고온, 부식등의 과혹한 조건하에서 안정하고, 고성능의 센서의 개발은 물론 센서를 구동시키는데 필연적인 신호처리 등 주변기술 또한 병행해서 발달되어야 할 것이다.

부패생선에서의 부패가스 검출을 위한 탄소나노튜브 가스 센서의 제작

김창득,양기원,이형락 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.3

Carbon nanotubes (CNTs) have attracted a great deal of attention for applications in various areas because of their multiple electric characteristics and many unique physical and chemical properties. However, the charge transfer between adsorbed molecules and CNTs at defect sites causes a steep and nonlinear conductance change at low gas concentrations. We have fabricated a single-walled carbon-nanotube (SWCNT) gas sensor by using the reactivity with gas molecules. Nafion was coated on the SWCNTs to enhance their sensitivity and selectivity upon exposure to gas from decaying fish. The fabricated SWCNT gas sensor was confirmed to response sensitively to the molecules in that gas. In addition, the feasibility of applying the gas sensor to detect gases emitted by decaying organisms was confirmed. 탄소나노튜브 (carbon nanotube, CNT)는 물리,화학적으로 안정된 소재로 다양한 특성을 가지고 넓은 영역의 산업화 가능성을 보이는 소재이다. 이러한 특성들은 CNT 표면에 형성된 결함지역들이 원인이 되어 낮은 농도의 가스 분위기에서도 흡착된 가스입자들로 인해 가파르고 비선형적인 변화를 가지게 된다. 본 연구에서는 이러한 CNT들의 특성을 이용하여, CNT 주위의 가스들에 의한 반응성과 그에 따른 전기적 특성 변화를 이용하여 부패생선에서 방출 되는 가스에 대해 반응하는 가스센서를 제작하였다. 제작 된 가스센서는 부패된 생선에서 발생하는 부패가스들 중에서도 암모니아 (NH$_{3}$) 에 대한 가스 민감도와 안정성의 향상을 위하여 나피온 (nafion)을 코팅하였다. 부패생선에서의 반응성을 확인하기 위하여 부패가스의 재료로는 다량의 부패가스가 방출되는 삭힌 홍어를 사용하였다. 본 연구를 통하여 CNT 가스센서는 삭힌 홍어에 대하여 높은 반응성을 보임을 확인하였고, 부패가스에 대한 CNT의 가스센서 적용가능성을 확인하였다.

한우육의 실시간 상태분석을 위한 가스센서 시스템 설계

박성민 ( Seongmin Park ),손대식 ( Daesik Son ),양명균 ( Myongkyoon Yang ),최금실 ( Jinshi Cui ),정은성 ( Eun Seong Jeong ),조성인 ( Seong In Cho ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2

본 연구는 한우육의 상태 및 품질을 판별할 수 있는 전자코 모니터링 시스템 개발을 위한 설계 연구이다. 육류는 저장기간 및 유통기간이 늘어남에 따라 저장 초기에는 지방산패로 인해 가스성분이 발생하며, 우육의 저장 초기인 0~5일에는 헥산알이라는 알데하이드계 성분이 중요한 생성물임이 알려져 있다. 본 연구에서는 기본적으로 반도체식 가스센서를 활용하였는데, 이러한 MOS식 센서의 작동 원리는 세라믹 반도체 표면에 감지 대상 가스가 흡·탈착됨에 따라 유도되는 전기 반응을 신호로 보내는 것으로 대상가스가 없을 때에는 산소를 흡착하여 높은 전기전도성을 나타내고 있다가 대기중 공기질 변화에 따라 가스에 접촉하면서 산소가 떨어져나가 전기전도도의 변화를 일으킨다. 본 연구는 한우육의 상태를 감지하는 개별 MOS 센서 모듈의 성능평가를 통해 최적의 가스센서를 확보하고 이러한 센서들을 어레이 구조로 National Instument 사의 DAQ 장치에 연결시킨 후 동일 회사의 프로그램인 Labview를 통한 데이터 처리 알고리즘을 개발하여 실시간 모니터링을 통한 우육의 상태 판별을 시도하였다. 한우육은 동일 부위를 사용하기 위해 품질판정시 일반적으로 사용되는 등심부위만 시료로 사용하였다. 서울시 관악구에 위치한 한우 공판장으로부터 도축 바로 다음날의 한우육을 입수하여 소량씩 잘라 밀폐용기에 넣고 저장기간에 따라 가스센서에 반응시켰다. 가스센서는 한우육의 상태 변화에 선택적으로 반응하기 위해 6종을 선정하였으며 동일 종류의 센서에 대한 반복 반응을 확인하기 위해 각 3회 이상의 테스트를 거쳤다. 최종적으로 이러한 한우육 상태 판별 시스템을 통해 개별 센서를 테스트한 결과를 토대로 한우육의 상태 변화에 따른 향미 패턴 인식이 가능한 센서 어레이를 설계하고 실시간 모니터링 시스템을 구축하였다. 추후 인공지능 기법을 활용한 데이터 분석이 이루어진다면 더 정밀한 상태판정 시스템이 개발될 것으로 기대된다.

화재 발생 시 센서별 특성을 이용한 비상구 유도등 개발

김종관(Jong-Kwan Kim),정도현(Do-Hyeon Jeong),유용우(Yong-Woo Yu),양민혁(Min-Hyeok Yang),이붕주(Boong-Joo Lee) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.6

가스 센서, 조도 센서, 온도 센서, 아두이노 우노, 블루투스 모듈을 이용하여 화재 발생 시 비상구 위치를 신속하게 파악하기 위해 비상구 유도등을 설계하고 제작하였다. 본 연구는 화재 발생 시 가스 센서와 온도 센서를 이용하여 높은 온도와 연기를 감지하였을 때 시인성을 좋게 하기 위하여 조도 값이 낮을수록 적색 화살표, 조도 값이 높을수록 녹색 화살표가 나오도록 설계하였다. 또한 통신 모듈을 이용한 경보음과 문자전송 알고리즘을 응용하여 174Hz의 경보음과 화재 장소를 알리는 문자메시지를 소방서로 송신하는 기능을 추가하여 보다 큰 화재를 예방할 수 있게 설계되었다. Emergency exit guidance lights were designed and manufactured to quickly determine the location of the emergency exit in the event of a fire using a gas sensor, an illumination sensor, a temperature sensor, an Arduino Uno, and a Bluetooth module. This research was designed such that, when a fire breaks out, a red arrow appears as the illuminance value is low and a green arrow as the illuminance value is high to improve visibility when detecting high temperature and smoke. In addition, it is designed to prevent more serious conflagration by applying an alarm sound and text transmission algorithm using a communication module to transmit text messages indicating a 174Hz alarm sound and a fire location to prevent more serious conflagration.

u-home 가스안전관리시스템 개발 및 성능시험

박규태(Gyoutae Park),유근준(Geunjun Lyu),김영규(Younggyu Kim),김영대,지차환(Chawan Jee),권종원(Jongwon Kwon),김희식(Hiesik Kim) 大韓電子工學會 2011 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.48 No.3

본 논문에서는 무선 ZigBee 통신모듈과 지능형 가스안전기기를 이용하여 u-홈 가스안전관리시스템을 개발하여 가스안전관리의 효율을 향상시킬 수 있는 시스템을 제안하고자 한다. 제안한 시스템은 마이컴가스미터, 자동식소화기, 감지기 및 월패드로 구성된다. 마이컴미터는 가스압력, 가스유량, 지진을 모니터링하고, 자동식소화기는 가연성 가스의 누출상태와 100℃ 와 130℃의 온도를 측정한다. 그리고 감지기는 연기와 일산화탄소(CO)를 검지한다. 제안한 시스템은 가스사용중 이상상태발생시 마이컴가스미터는 경보와 함께 내부밸브를 차단시키고, 자동식소화기는 중간가스밸브를 차단하거나 소화약재를 분사시킨다. 감지기는 연기와 CO를 감지할 경우 각각 신호를 발생시킨다. 가스안전기기와 센서들은 지능적 조치를 취하고 그 정보를 월패드로 전달한다. 월패드는 상황정보를 실시간으로 서버에게 전달하고 사용자는 웹기반으로 서버에 접속하여 가스의 상황정보를 확인하거나 관리할 수 있다. 본 논문은 가스안전 및 위험관리의 시나리오를 고안하고 실험을 통하여 그 효용성을 증명하였다. In this paper, we proposed a system to raise gas safety management by using the wireless communication module and intelligent gas safety appliances. Our designed systems configure a micom-gas meter, an automatic extinguisher, sensors, and a wallpad. A micom-gas-meter monitors gas flow, gas pressure, and earthquake. An automatic fire extinguisher checks gas(combustible) leaks and temperature of 100℃ and 130℃. Sensors measure smoke and CO gas. In our novel system, a micom-gas meter cut off inner valve with warnings, an automatic fire extinguisher cut off middle valve and spray extinguishing materials, and sensors generate signals for smoke and CO when occurring gas risk. Gas safety appliances and sensors takes safety measures, and transmit those signal to a wallpad. The wallpad again transmit signal like events to a control server. Users can connect web pages for gas safety through B-ISDN and control and manage them. We hereby devised scenarios for gas safety and risk management, and demonstrated their effectiveness through experiments.

복합가스 센서의 VOCs 측정 정밀도 보정방안

류종렬(Jong Ryeol Ryu),이현정(Hyun Jung Lee),김민기(Min Gi Kim),정민호(Min Ho Chung) 대한설비공학회 2020 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2020 No.6

적외선 가스센서를 이용한 가연성 가스검지기의 소프트웨어 구현 및 평가

한승호,유근준,이연재,김희식,박규태 한국에너지학회 2016 에너지공학 Vol.25 No.1

가스사고 연감에 의하면 최근 가연성 및 독성 가스로 인한 사고가 끊임없이 발생하고 있다. 이러한 사고를 예방하기 위하여 위험지역에서도 안전하게 가스 누출여부를 검사할 수 있는 검지기를 개발하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 적외선 가스센서의 응답특성에 근사하는 방정식을 선형회귀를 이용하여 도출하였다. 선형회귀방정식을 통해도출된 결과를 Neville 반복 보간법을 활용하여 알고리즘을 제안하였다. 또한, 제안한 알고리즘을 시판중인 가연성가스누출검지기와 한국가스안전공사에서 제조한 7종의 표준가스를 이용하여 시험을 한 결과 성능이 향상될 수있음을 확인하였다. 향후 경년변화, 온․습도 조건에 따른 성능변화를 분석하고, 방폭구조를 적용한 회로를 적용함으로서 신뢰성과 안정성을 향상시키고자 한다.