출품기술

[기계/부품·장치] 구성이 간단한 그래핀 활용 산소감지센서

그래핀(Graphene)의 산화작용 시 일어나는 현상을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소감지센서

본 기술은 그래핀(Graphene)의 산화작용 시 일어나는 현상을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소감지센서를 제작할 수 있는 기술

보유기관 : 한국원자력연구원       거래조건 : 협의 후 결정

기술개요

본 기술은 그래핀(Graphene)의 산화작용 시 일어나는 현상을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소감지센서를 제작할 수 있는 기술

특허정보

특허명 특허번호 특허명세서
그래핀을 이용한 산소센서 10-1723449

기술완성도

TRL01

기초 이론/
실험

  • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
TRL02

실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립

  • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL03

연구실 규모의
성능 검증

  • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
  • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
  • 모델링/설계기술 확보
TRL04

연구실 규모의
부품/시스템 성능평가

  • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
  • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL05

시제품 제작/
성능평가

  • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
  • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL06

Pilot 단계 시작품
성능 평가

  • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
  • 시작품 성능평가
TRL07

Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가

  • 시작품의 신뢰성 평가
  • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL08

시작품 인증/
표준화

  • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
    - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL09

사업화

  • 본격적인 양산 및 사업화 단계

기술개요

- 본 기술은 그래핀(Graphene)의 산화작용 시 일어나는 현상을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소감지센서를 제작할 수 있는 기술임

- 그래핀은 25℃이상에서 산소에 노출되면 산화작용을 일으켜 산화그래핀으로 변하여 저항이 올라가 전기가 잘 통하지 않는 성질을 가지게 되며, 높은 온도(500℃)로 산화그래핀을 환원하여 본래 가지고 있던 특성을 복원하여 영구적 사용 가능함

- 그래핀을 1 cm x 1 cm 크기의 실리콘 기판에 전사하고 면저항을 측정하면 약 300 Ω/cm2 정도의 값을 가지지만 고온에서 열처리를 하면 면저항이 약 1,010 Ω/cm2 정도로 크게 상승함

- 이러한 메커니즘에 따라 그래핀 위에 전극을 설치하고 저항을 측정하면 산소의 노출 정도에 따라 저항 값이 커지게 되므로 흘러간 산소의 수치를 측정할 수 있는 산소감지센서 제작 가능

대표도면

[그래핀을 이용한 산소센서 사시도(좌)/그래핀을 이용한 산소센서 단면도(우)]

기존기술 대비 개선점

- 저항 측정 장치 외에 다른 장치가 필요없어 기존의 산소센서보다 구성이 간단함

- 그래핀을 이용하여 부피가 작은 산소 센서 제조 가능

- 실리콘기판 온도조절 및 환원가스와의 열처리를 통해 환원된 산화그래핀을 만들어 영구적으로 사용 가능

- 높은 온도에서 산화반응이 급격하게 일어나 이에 따라 저항이 높아지는 그래핀 특성을 이용하여 산소센서에 과도한 전류가 흐르지 못하도록 자동적으로 전류를 차단하게 해주는 산소퓨즈로 활용 가능

기술 구현 내용

그래핀을 이용한 산소센서의 주요 구성

- 그래핀층 : 기판 상부에 전사 구비되어 산소의 노출정도에 따라 저항 변화
- 전극 : 그래핀층 상부에 구비되는 2개의 전극
- 덮개부 : 그래핀층과 전극을 덮는 형태

기술도입 기대효과

- 산화그래핀 사용에 따른 영구적 산소센서 제조로 인한 매출 기대

- 간단한 구성의 산소그래핀 제조로 인해 제조 비용 감소

- 환원된 산화그래핀 제조를 통한 친환경 기업 이미지 제고

시장동향

자동차, 의료, 환경보존용 등 여러 분야에 사용되는 산소감지센서 시장

- 대기오염 및 인구 증가로 인해 산소 관련 시장은 매년 증가하고 있는 추세

- 에너지 소모 없이 영구적으로 사용 가능한 산소센서 개발 추진

[자동차 산소센서 시장 규모 및 의료용 산소센서 시장 규모]

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