출품기술

[기계/부품·장치] 컴팩트하고 높은 민감도를 갖는 그래핀 화학 센서

그래핀을 이용하여 간단하고 높은 민감도를 갖는 그래핀 화학 센서

본 기술은 그래핀(Graphene)을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소/가스 감지센서를 제작할 수 있는 기술

보유기관 : 한국원자력연구원       거래조건 : 협의 후 결정

기술개요

본 기술은 그래핀(Graphene)을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소/가스 감지센서를 제작할 수 있고 그래핀은 나노 구조로 이루어져 있어 가스, 산소 등 화학 센서로 이용 시 매우효과적으로 센싱 대상체를 포집하여 감도 높은 센싱이 가능함

특허정보

특허명 특허번호 특허명세서
그래핀을 이용한 산소 센서 10-1723449
격자결함을 가지는 고민감도 그래핀 가스센서 비공개

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)을 이용하여 구성이 간단한 소형 산소/가스 감지센서를 제작할 수 있는 기술

- 그래핀은 나노 구조로 이루어져 있어 가스, 산소 등 화학 센서로 이용 시 매우효과적으로 센싱 대상체를 포집하여 감도 높은 센싱이 가능함

- 그래핀의 특성과 본 기술로 고안된 설계를 통하여 전극을 설치하고 저항을 측정하기위한 설계만 갖춘다면 산소와 가스 노출 정도에 상관없이 민감하게 센싱이 가능하며 이를 통하여 정확한 측정을 할 수 있는 산소/가스 감지센서로 제작 가능

대표도면

[본 기술로 제조되는 그래핀 산소센서(좌)/가스센서(우) 조감도]

기존기술 대비 개선점

- 저항 측정을 위한 디바이스 외 추가 장치 필요 없음

- 그래핀을 이용하여 부피가 작은 센서 구현 가능

- 노출 정도, 시간에 상관없이 정밀하고 높은 감도로 분석 대상 센싱 가능

기술 구현 내용

다음과 같은 과정을 통해 본 그래핀 센서를 제조

- 1단계 : 기판 상부에 그래핀층을 구비
- 2단계 : 그래핀층 상부에 전극층을 구비
- 3단계 : 전극으로 전류를 인가하여 전압을 통한 그래핀상의 산소 내지 가스 측정

기술도입 기대효과

- 제조 비용 및 공정 절감으로 인한 경제성 효과

- 반영구적 재사용이 가능한 기기로 조달청 등록 통한 관공서 납품

- 각종 인증(이노비즈, 메인비즈, KS 등) 수혜 기대

시장동향

- 2018년 1월 한국과학기술원(KAIST)에서 개발한, 날숨으로부터의 성분 분석을 통한 질병 분석이 세계적으로 조명을 받는 등 화학/산소 센서에 대한 연구가 전세계적으로 크게유행하고 있음

- 의료용 화학 센서 이외에도 방공지역, 연구소, 환경공학 등 광범위하게 이용될 수 있어 다양한 활용처에 따른 꾸준한 상승세가 예상되고 있음

- 세계 화학 센서 시장은 2018년 199억 달러에서 연평균 성장률 7.51%로 성장하여, 2024년에는 306억 6000만 달러에 이를 것으로 전망

- 다양한 조성의 화학물질에서 특정 물질만을 감지하는 화학 센서는 최근 배열장치, 직교분석이 트렌드로 자리잡음

- 현재 세계 노인 인구는 9억 6230만으로 집계. 노인인구가 질병에 취약함에 따라 치료기기에 범용적으로 사용되는 (혈당, 혈중 산소농도) 화학 센서의 수요가 증가할 전망




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