MWCNT 기반 인쇄박막의 제작과 센서 동작 특성에 관한 연구

Abstract

최근 탄소 소재를 이용한 이온 전지의 전극 및 전극활성물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 종래의 탄소계 전극 소재의 한계를 극복하기 위한 탄소나노튜브(carbon Nanotube)를 이용한 다양한 연구가 진행 중이다. 본 연구에서는 탄소 나노 튜브의 일종인 MWCNT(multi-walled carbon nanotube)를 이용하여 인쇄박막을 제작하고 이를 화학물질 검출용 센서로 응용이 가능한지 확인하였다. 인쇄박막은 나이프 캐스팅 방법을 이용하여 제작하였으며, PET 기판을 사용하였다. 균질한 인쇄박막을 얻기 위하여 기판 세척 방법에 따른 인쇄 정밀도를 파악하고 인쇄용 페이스트 혼합비율을 조사하였다. 페이스트 제작을 위해 바인더는 CMC+SBR(carboxymethyl cellulose+styrene butadiene rubber), PVDF+NMP(polyvinylidene fluoride+n-methyl-2-pyrrolidene)를 이용하였으며 MWCNT와 무게비로 혼합하여 제작하였다. 제작한 MWCNT 인쇄박막은 광학현미경, FE-SEM(field emission scanning electron microscope)을 통해 표면 형상을 관찰하고 KEITHLEY 2400 sourcemeter를 이용하여 전기적 특성을 평가하였다. 또한 기판과 박막의 표면에너지는 접촉각 측정기를 사용하여 확인하였다. 최종적으로 제작한 인쇄박막의 화학물질에 대한 감도 변화를 확인하였다. 인가전압을 1V, 5V, 10V로 변화시키면서 해수 내의 암모니아 농도에 따라 센서 동작 특성을 확인하였고, 센서 동작 시 발열 여부를 확인하기 위해 열화상 카메라를 통해 온도 변화를 관측하였다. 결론적으로 MWCNT와 SBR+CMC계열의 바인더로 제작한 인쇄박막은 해수 중 화학물질 검출에 응용이 가능한 수준의 감도특성을 보임을 확인하였다.