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HWAHAK KONGHAK, Vol.41, No.2, 147-151, April, 2003
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플라즈마 중합 폴리스티렌막을 피복한 수정진동자 가스센서의 응용
Application of a Quartz Crystal Microbalance Gas Sensor Coated with Plasma Polymerized Polystyrene Thin Film
黑澤茂, 愛澤 秀信, 한대상1, 송성훈1, 김영한1, 장상목1, †
  • 일본통상산업성 물질기술연구소 고분자물리부, 1-1, Higashi, Tsukuba 305-8565
  • 1동아대학교 화학공학과, 604-714 부산 사하구 하단2동 840
Shigeru Kurosawa, Hidenobu Aizawa, Dae-Sang Han1, Seong-Hun Song1, Young Han Kim1, and Sang-Mok Chang1, †
  • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 1-1, Higashi, Tsukuba 305-8565, Japan
  • 1Department of Chemical Engineering, Dong-A University, 840, Hadan 2-dong, Saha-gu, Busan 604-714, Korea
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초록
플라즈마 중합 폴리스티렌막이 피복된 수정진동자 가스센서의 감도를 증가시키기 위하여, 기본모드 9 MHz, 50 MHz, 3배수 오버톤 모드 100 MHz, 5배수 오버톤모드 100 MHz 수정진동자를 사용하였다. 중합전후 수정진동자의 공진주파수 변화를 측정하여 플라즈마 중합 스티렌 피막양을 측정하였다. 1 ℓ 용기내에 아세톤, 에탄올, 클로로포름, 디에틸에테르의 네 가지 시료가스를 20 ml씩 주입하고 40-80 분간 공진주파수 변화를 측정하여 감도변화를 비교 분석하였다. 스티렌막의 각 시료가스에 대한 감도는 클로로포름, 에틸에테르, 아세톤, 에탄올 순이었다. 이것은 폴리스티렌박막과 시료가스와의 상호관련 파라메타와 관계있는 것으로 생각된다. 각각의 시료가스에 대해 3배수 오버톤 모드 100 MHz 일때 가장 큰 감도를 나타내었고, 그 다음으로 기본 모드 50 MHz, 5배수 오버톤 모드 100 MHz, 기본모드 9 MHz순이였다. 이들 결과는 이론적으로 예상된 감도비와 거의 일치함을 알 수 있었다. 이들 결과로부터 오버톤 모드 수정진동자에 대한 이론적 타당성을 검점할 수 있었고, 고감도 오버톤 모드 수정진동자 가스센서로서 또한 새로운 분석도구로서 유용함을 확인할 수 있었다.
To increase the sensitivity of quartz crystal microbalance gas sensor coated with plasma-polymerized polystyrene thin film, the response characteristics of fundamental 9 MHz, 50 MHz, 3rd overtone mode 100 MHz and 5th overtone mode 100 MHz quartz crystal were tested. The amount of coated polymer film was determined by measuring the frequency change during polymerization. The frequency changes for various modes of QCM were monitored continuously for 40-80 min after injecting 20 ml of acetone, ethanol, chloroform and diethylether, respectively, to a one-liter chamber. The response sensitivity of the coated QCM was the highest for chloroform and it decreased in the order of diethylether, acetone and ethanol. This appears to be related with the polystyrene-solvent vapor interaction parameter for each pair. For each gas, the highest sensitivity was observed with a 3rd overtone mode 100 MHz and the sensitivity decreased in the order with fundamental mode 50 MHz, 5th overtone mode 100 MHz and the fundamental mode 9 MHz. This result was in a good agreement with the theoretical prediction. This study proved the validity of the theoretical prediction for the overtone-mode QCM and also presented the possible development of a high-sensitivity gas sensor and a novel analytical device.
Keywords:Quartz Crystal Microbalance;Gas Sensor;Overtone Mode;Sensitivity
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