최근 산업화가 진행됨에 따라 유독성을 띄는 가스들이 공기 중에 많이 노출되어 있는데, 이러한 인체에 유해한 가스를 감지하기 위하여, 현대 산업사회에서는 많은 종류의 화학적, 구조적 가스센서 재료가 많이 연구되고 있다. 가스센서 재료개발의 목적은 재료성능의 지표가 되는 특정가스에 대한 선택성, 빠른 반응 및 회복 시간, 높은 감응도를 갖는 재료를 개발하는 것이다. 가스 감응특성을 향상 시키는 방법 중 하나로, 나노선(nanowires), 나노섬유(nanofibers), 나노튜브(nanotube)와 같은 1차원 구조의 나노재료를 이용하는 것인데, 이러한 1차원 구조의 재료는 bulk구조나 film 구조보다 가스와 직접적으로 반응을 하는 표면적이 넓고 self-heating이 가능하며 Debye length와 비슷한 직경을 갖기 때문에 화학적, 구조적으로 가스센서로서 적합한 재료이다. 다양한 종류의 1차원 구조 나노 재료 중 전기방사법을 이용하여 제작된 나노섬유는 다른 방법보다 저렴하고 단순하고 간단하게 제작할 수 있어 경제적인 이점이 있고, 산화물 반도체 가스센서에 적용할 경우 섬유를 구성하고 있는 입자의 종류, 크기에 따라 고유의 감응특성이 결정된다.
산화물반도체 가스센서는 거동에 따라 n-type과 p-type으로 구분 되는데, SnO2나노재료는 n-type거동을 보이는 대표적인 가스센서 중 하나로서 보고된 바 있다. 최근에는 기존 재료를 기반으로 코어-쉘 구조 형성법, 금속입자 촉매 형성법, hollow fiber 구조제작법, 복합나노섬유 제작을 이용하여 기존의 가스감응특성을 향상하려는 연구가 진행 중이다.
본 연구에서는 가스센서의 기능을 향상시키는 방법 중 하나인 복합나노섬유를 기반으로 하는 산화물반도체 가스센서를 제작하였다. 복합나노섬유 제작을 위해 n-type의 SnO2 나노섬유에 p-type 물질을 혼합하여 센서를 형성하였다. 또한 금속입자가 포함된 복합나노섬유를 제작하였다. 제작된 시편들의 미세구조와 각각 산화성 가스, 환원성 가스에 대한 감응특성을 조사하였다.
첫 번째 연구는 지구온난화의 원인이자 산업공단에서 많이 배출되고 있는 가스인 CO2 가스에 선택성이 있는 센서의 연구를 위해 SnO2 나노섬유에 p-type으로 알려진 Cr2O3 나노섬유를 전기방사법을 이용하여 혼합 후, 가스 감응도를 측정하였다. SnO2 와 Cr2O3 의 비율을 조절하여 샘플을 제작하였고, 두 가지 n-type물질과 p-type 물질이 균등하게 혼합된 조성에서 물질 사이에 헤테로 접합이 가장 많이 발생하여 다른 조건의 샘플보다 우수한 감응도가 나올 것으로 예상하고, 연구를 진행하였다. 제작된 샘플들을 온도별로 측정을 하였는데, 상온에서 350℃까지 변화를 주며 CO2 가스 감응도를 조사하였다.
두 번째 연구는, 위와 같은 조건의 SnO2-Cr2O3 가스센서에 Co입자를 첨가하여 CO2가스의 감응도를 측정하였다. CO2 가스의 촉매로 알려진 Cobalt 입자로 인하여 CO2가스의 선택성 및 감응도가 증가 할 것이라고 기대를 하고 첫 번째 연구에서 감응을 했던 상온에서 연구를 진행하였다.
세 번째 연구는, SnO2 나노섬유에 RGO(Reduced Graphene Oxide) 나노시트(Nanosheet) 함량을 0.04wt%에서 1.04wt%까지 첨가하여 SnO2-RGO 복합체 가스센서를 제작하였다. SnO2 나노섬유와 RGO 나노시트 사이에 발생하는 p-n접합으로 인하여 가스감응특성이 기존보다 매우 우수하게 측정 될 것으로 기대하였다. 가스 감응특성을 각각 산화성 가스, 환원성 가스에 대하여 조사하였다.