니켈-팔라듐을 증착한 광섬유 격자를 이용한 수소 센서 제작 및 분석 = Development and analysis of hydrogen sensor using fiber bragg grating deposited with nickel and palladium

국문 초록 (Abstract)

매해 전 세계적으로 쓰는 석유와 석탄은 유한한 자원으로 언젠가는 고갈되어감에 있어 차세대 대체 에너지로 수소가 지목되었다. 수소 자원은 양이 무한하고 에너지 반응성도 높으며 매연이 나오지 않아 무공해 에너지원이지만 수소는 특유의 무색, 무취, 무미의 성질과 공기 중 농도 4% 이상만 누출 되어도 쉽게 폭발하는 특성 때문에 안정성 확보가 필요한 단점이 있다.
광섬유는 실리카 물질로 구성되어 열에 매우 안정적이며 수소에 위험이 있는 전기적 신호를 사용하지 않고 빛을 사용하여 매우 안전하고 소형경량이어서 다중 측정이 가능하여 기존의 수소 센서를 대체하고 또한 산업분야에서는 수소 자동차, 수소 충전소, 수소 발전소, 석유 화학, 연료 전지, 반도체 공정 등에 활용할 수 있을 것이다.
본 논문은 광섬유 격자의 클래딩을 식각하여 민감도를 높여 광섬유 격자에 니켈-팔라듐을 증착하여 코팅된 광섬유 격자를 수소에 노출시키는 실험을 하였다. 수소 가스가 코팅된 광섬유 격자에 닿으면 팔라듐이 팽창하여 코팅된 광섬유 격자에 영향을 줌으로써 브래그 파장이 장파장으로 바뀌는 것을 확인하였다. 광섬유 격자의 감도 개선과 반응 개선을 통해 앞으로의 수소 농도를 측정하는 수소 검출 센서로 활용 될 수 있을 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이 론 2
• 제 1 절 소자 구조 및 원리 2
• 1-1. FBG : Fiber Bragg Grating 원리 2
• 1-2. Palladium의 물리적 특성 3
• 1-3. Palladium 박막의 광학적 성질 5
• 1-4. Nickel-palladium 코팅된 광섬유 격자 원리 6
• 제 3 장 소자 제작 및 특성 분석 8
• 제 1 절 소자 제작 8
• 1-1. 수소 센서 설계 및 제작 과정 8
• 1-2. Fiber Bragg Grating(FBG) Etching 12
• 1-3. Fiber Bragg Grating(FBG) Evaporation 14
• 제 2 절 특성 분석 19
• 2-1. 브래그 파장 변화 19
• 제 4 장 결론 및 향후 연구 방향 23
• 참 고 문 헌 24-25
• ABSTRACT 26