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나피온 폴리머를 이용한 금 전극의 표면 개질 및 이의 삼투압 측정용 임피던스 센서 응용
길민식 ( Min Sik Kil ),김민재 ( Min Jae Kim ),윤조희 ( Jo Hee Yoon ),장진우 ( Jinwu Jang ),이경균 ( Kyoung G. Lee ),최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.1
본 논문에서는 용액의 이온 농도 측정이 가능한 나피온 폴리머(Nafion polymer) 코팅 기반 2상 금 전극의 임피던스(Impedance) 센서를 개발하였다. 스퍼터링(Sputtering) 공정을 통해서 제작된 금 전극의 표면을 나피온 폴리머를 사용하여 표면 개질 하였다. 상기 제작된 전극은 분극 현상 제어가 가능하여 전기화학적 신호를 안정적으로 측정할 수 있도록 하였다. 분광학과 전자주사현미경 관찰을 통하여 박막의 나피온 폴리머 코팅을 확인하였다. 나피온 코팅이 된 전극은 기존 금 전극에 비해 안정적인 임피던스 신호를 보여 주었으며, 표준 염화나트륨(NaCl) 용액 사용 시 임피던스 센서의 신뢰성 높은 검정 곡선(R<sup>2</sup> = 0.983)을 나타내었다. 또한, 임피던스 센서는 상용화 전도도 장치와 인공 눈물의 이온 농도 측정 비교 실험을 진행하였으며, 유사한 결과값을 확인하였다. In this work, we developed a Nafion polymer-coated impedance sensor with two gold electrode configurations to measure the ion concentration in solution samples. The gold electrodes were fabricated through the sputtering process, followed by surface modification using Nafion polymer. The resulting sensors enable the prevention of the polarization phenomenon on the electrode surface, resulting in stable measurement of electrochemical signals. Spectroscopy and scanning electron microscopy measurements revealed that the thin film of Nafion was coated uniformly onto the surface of the gold electrode. The Nafion-coated sensor exhibited more stable impedance signals than the conventional gold electrode. It showed a highly reliable calibration curve (R<sup>2</sup> = 0.983) of the impedance sensor using a standard sodium chloride solution. In addition, a comparison experiment between the impedance sensor and a commercial conductivity sensor was performed to measure the ion concentration of artificial tears, showing similar results for the two sensors.
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스크린 프린팅 탄소 전극의 이리듐 산화물 표면 개질과 이의 임피던스 센서 응용
길민식 ( Min Sik Kil ),윤조희 ( Jo Hee Yoon ),장진우 ( Jinwu Jang ),최봉길 ( Bong Gill Choi ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.5
본 연구에서는 스크린 프린팅 공정을 통해 탄소 잉크 기반의 2상 전극을 제작하고, 전극 표면에 이리듐 산화물(IrO<sub>x</sub>)을 코팅함으로써 전극의 분극 현상을 제어할 수 있는 임피던스 센서를 개발하였다. IrO<sub>x</sub>는 순환 전압 전류법으로 탄소전극의 표면 위에 순환 수(0~50 cycles)에 따라서 코팅되었다. 전자주사현미경을 이용하여 cycle 수가 증가할수록 IrO<sub>x</sub>입자의 크기와 수가 증가하는 경향성을 확인하였다. 전기화학 임피던스 분석을 이용하여 상기 제조된 센서들의 NaCl 농도에 따른 임피던스 변화 값을 조사하였다. 50 cycle에서 제조된 센서가 가장 우수한 결정계수와 재현성을 나타내었으며, 이는 분극 현상이 잘 제어되었기 때문이다. 실제 용액 샘플들을 이용한 삼투압 장비와 비교 측정 실험을 수행함으로써 IrO<sub>x</sub> 기반 센서의 안구건조증 진단 센서로의 활용가치를 증명하였다. In this study, we developed an impedance sensor capable of controlling electrode polarization by coating iridium oxide (IrO<sub>x</sub>) on the surface of the screen-printed carbon electrode. IrO<sub>x</sub> was deposited on the surface of carbon electrodes according to the number of cycles (0~50 cycles) by cyclic voltammetry. Observation of scanning electron microscope images revealed that the size and number of IrO<sub>x</sub> particles increased as the number of cycles increased. The changes in impedance responses as a function of the NaCl concentration of the as-obtained sensors were investigated using electrochemical impedance spectroscopy. The sensors manufactured in 50 cycles exhibited the best coefficient of determination and reproducibility, attributed to the well-controlled electrode polarization. We further demonstrated the usefulness of the IrO<sub>x</sub>-based sensor as a diagnosis sensor for dry eye syndrome by comparing the results of the commercially available osmometer and our sensor using actual solution samples.
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