특정한 구조를 가진 나노재료의 광학적 특성 및 센싱 특성 연구 : 캐비테이션 기술을 이용한 2차원 운모 나노 시트의 구조 및 광학적 특성 상온에서의 NO2 가스 센싱 특성 향상을 위한 전기화학방식으로 식각 된 다공성 실리콘의 합성 및 분석 = Research on optical and sensing properties of nanomaterialswith specific structures

국문 초록 (Abstract)

1) 캐비테이션 기술을 이용한 2차원 운모 나노 시트의 구조 및 광학적 특성
벌크 운모로부터 박리된 2차원 단일 및 다층 운모는 간단한 캐비테이션 기술을 통해 제조된다. 298 K에서, 나노 크기 운모의 광 발광 스펙트럼은 약 516 nm의 영역에서 녹색 방출을 나타내지만, 벌크 운모의 스펙트럼은 광 발광 특성을 나타내지 않는다. 그러나, 70 K에서, 나노 크기 및 벌크 운모는 약간 유사한 광방출 특성을 갖는 것이 관찰된다. 이 차이의 원인은 운모 구조에서 실리카와알루미나의 복합 화합물로부터 발생된다고 분석된다. 특히, 나노 크기에서 일반적으로 증가하는 종래의 에너지 밴드 갭과는 달리, Muscovite 운모는 격자 완화로 인해 단일 층으로 박리 될 때 에너지 밴드갭이 좁아지는 현상을 나타낸다. 이 현상은 UPS 분석을 통한 Valence Band Maximum (VBM) 값의 측정 및 일함수의 측정 값을 통해 확인된다. 또한, 나노 시트 구조의 운모에 대한 보다 상세한 메커니즘을 논의해보고자 한다.

(2) 상온에서의 NO2 가스 센싱 특성 향상을 위한 전기화학방식으로 식각 된 다공성 실리콘의 합성 및 분석
에너지 절감의 관점에서 바라봤을 때 반도체식 가스센서의 가장 큰 문제점인 고온 동작 문제를 해결하고자 상온에서 동작이 가능한 고성능 NO2 가스 센서를 제작하였다. 감응 재료로는 전기화학적 식각법을 이용한 다공성 실리콘(PS)을 합성 했으며, 서로 다른 식각 시간을 통해 (30 분, 60 분, 90 분) 최적화된 상온 센싱 재료를 선별하였다. 식각 된 샘플의 다공성 여부는 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 확인 하였으며, 이러한 다공성 실리콘을 통해 상온에서 높은 NO2 감지 성능을 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한, 60 분 동안 식각 된 다공성 실리콘을 감응부로 사용한 가스 센서는 다른 조건의 센서 보다 우수한 성능을 확인 할 수 있었다. 특히 60 분 동안 식각 된 다공성 실리콘 센서의 경우 10 ppm의 농도를 가진 NO2 가스에 대한 응답(Ra / Rg)이 9.56으로 다른 간섭 가스보다 훨씬 높았으므로 NO2 가스에 대한 높은 선택성을 나타내는 것을 볼 수 있었다. 본 연구에서는 상온에서 작동하는 다공성 실리콘 기반 가스 센서를 성공적으로 구현하였으며, 다공성 실리콘의 전기 화학적 식각에 대한 최적화가 센싱 특성에 영향을 미침을 제시하고자 한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 캐비테이션 기술을 이용한 2차원 운모 나노 시트의 구조 및 광학적 특성 3
• 1. 개요 3
• 2. 실험 방법 4
• 3. 결과 및 고찰 4
• 4. 결론 12
• Ⅲ. 상온에서의 NO2 가스 센싱 특성 향상을 위한 전기화학방식으로 식각 된 다공성 실리콘의 합성 및 분석 14
• 1. 개요 14
• 2. 실험 방법 15
• 1) 전기 화학적 식각에 의한 PS의 합성 15
• 2) 특징 16
• 3) 센서 제조 및 감지 테스트 16
• 3. 결과 및 고찰 18
• 1) 구조 및 형태학적 분석 18
• 2) 가스 감지 연구 22
• 3) 가스 감지 메커니즘 28
• 4. 결론 31
• Ⅳ. 총 결 론 33
• 참 고 문 헌 35
• Abstract 39