생분해성 플라스틱을 기판으로 이용한 ITO 인쇄박막 HNS 센서 제작

Abstract

해상으로 수송되는 위험유해물질 (HNS: Hazardous and Noxious Substances)는 사고 발생 시 유독성 및 화재, 폭발 등에 의한 복합적 위험성이 있어 심각한 환경오염과 인명피해의 우려가 있다. 따라서 HNS 사고 발생 시 신속한 조기대응을 위한 실시간 모니터링이 필요하다. 모니터링을 위해 센서가 사용되지만 이에 의한 2차적인 환경오염 또한 문제가 될 수 있기 때문에, 본 연구에서는 환경 친화적인 생분해성 센서를 제작하는 것을 목표로 하였다. 연구대상 물질로서는 산업 및 연구과정에서 널리 활용되는 물질로 해상 운송량 5위이며 사고 이력도 있는 메탄올을 선택하였다[1]. HNS 검출을 위한 센서를 제작하기 위하여 ITO 인쇄박막을 제작하고 성능을 평가하였다. 센서의 제작비용 절감을 위하여 스크린 프린팅 방법을 이용하였으며, 센서 사용 후 해양에서센서를분해시키기 위하여 생분해성 플라스틱을 기판으로 사용하였다. 인쇄를 위한 페이스트의 제작은 ITO 나노분말(입경=50nm)과 바인더를 혼합하여 제작하였으며, 생분해성 플라스틱은 접근성이 우수한 PLA (Polylactic Acid)를 사용하였다. 제작한 센서의 전기적특성을 비교하기 위한 전극은 실버 페이스트를 이용하여 형성하였다. 본 연구에서 기판으로 사용한 생분해성 플라스틱의 경우 약 50℃ 에서부터 변형되어, 40℃에서 열처리를 한 후 표면 처리를 통해 잔류바인더 제거하였다. 표면처리에 따른 센서의 성능은 1V의 외부바이어스 하에서 메탄올을 500uL씩 떨어뜨려 비교하였다. 또한 광학현미경과 주사전자현미경을 이용하여 표면형상의 변화를 관찰하였으며, X-선 회절 분석법을 통하여 센서의 물성변화를 확인하였다.