키토산-금속 복합물을 활용하여, 나노촉매가 기능화된 금속산화물 나노섬유 및 이를 이용한 가스센서용 부재, 가스센서 및 그 제조방법

Abstract

본 발명은 가스센서용 부재, 이를 이용한 가스 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 나노입자 촉매가 결합된 키토산을 활용하여, 나노촉매가 균일하게 결착되어 기능화된 금속산화물 나노섬유 소재를 이용한 가스센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 키토산에 나노 크기의 촉매를 결합시켜 키토산-나노촉매 복합물을 형성하고, 이를 전기방사와 결합하여, 금속산화물 전구체와 고분자가 포함된 나노섬유에 키토산-나노촉매 복합물이 균일하게 결착된 복합 나노섬유를 합성하고, 이후 고온 열처리를 통해 상기 키토산의 유기물 성분과 고분자가 분해되고, 금속산화물 전구체가 산화 및 결정화되며, 키토산에 결합되어 있던 나노촉매가 금속산화물 나노섬유에 균일하게 결착되어 기능화되고, 키토산의 무기물 성분이 산화되어 형성된 산화물이 금속산화물과 이종접합을 이루는 것을 특징으로 한다. 특히, 나노촉매가 매우 작은 크기로 균일하게 결착되어 촉매의 효과가 극대화되어 감지 특성이 획기적으로 증가한다. 또한, 상기 복합 나노섬유의 고온 열처리 과정에서, 키토산의 열분해 온도가 금속산화물 전구체의 결정화 온도보다 높음에 따라 키토산이 금속산화물 입자의 성장을 억제하여, 작은 입자 크기를 갖는 금속산화물 나노섬유를 형성한다. 이러한 작은 입자 크기는 가스의 유무에 따른 저항변화를 극대화 시켜 감도의 증가를 가져온다. 또한 키토산의 유기물 성분이 분해되며 남긴 기공은 가스의 확산을 촉진시켜 반응성을 증가시키고, 키토산의 무기물 성분이 산화되어 형성된 산화물은 금속산화물과 이종 접합을 이루어 전자적 증감제 역할을 한다. 저렴하고 간단한 공정을 갖는 키토산을 활용하여, 상기 언급한 효과들을 한번에 이룸에 따라, 센서의 특성이 획기적으로 증대되어 극미량의 가스를 선택적으로 빠르게 검출할 수 있으며, 나노입자 촉매와 금속산화물의 종류를 다양하게 변화시킴으로써, 다양한 가스에 대한 검출이 가능하게 하는 다종의 감지소재 군들을 확보할 수 있다. 특히 키토산을 활용한 전기방사와 열처리를 통해서 저렴하고 간단하게 나노입자 촉매 결착과 나노섬유의 형상 제어를 동시에 진행함으로써, 대량 생산이 가능한 가스센서용 부재, 가스센서 및 그 제조방법을 개시할 수 있는 효과를 갖는다.