다종 휘발성 유기화합물 분석용 마이크로 가스전농축기 시스템 :Micro gas preconcentrator system for volatile organic compounds analysis

박태호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박태호 (국민대학교, 국민대학교 일반대학원)

지도교수: 임시형

발행연도: 2017

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

저농도 휘발성 유기화합물 분석용 마이크로 가스 전농축기 시스템

박태호 , 이장현 , 임시형 한국생산제조학회 학술발표대회 논문집 2017.12 학술대회자료

다종 휘발성 유기화합물 분석용 마이크로 가스전농축기 시스템

박태호 기계설계학과 2017.01 학위논문

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임상적으로 유의미한 저농도 VOCs 가스에 대하여 농축이 가능한 소형 플랫폼 개발에 관한 연구를 수행하였다. 첫째로, MEMS 공정을 이용하여 저농도 VOCs 가스를 농축할 수 있는 마이크로 가스전농축기(μ-PC) 칩을 개발하였다. 시스템의 소형화를 위해 전농축기의 압력강하 시뮬레이션 해석을 수행하였고, 가스농축을 위한 흡착물질로 탄소나노튜브 폼 (Carbon nanotube foam, CNT foam)을 합성하였으며, 이를 제작된 마이크로 가스전농축기 칩 내부에 Packing 하였다. 칩 하부에는 농축된 가스의 신속한 열 탈착이 가능한 마이크로 히터가 패터닝되어 있다. 두 번째, 제작한 마이크로 가스전농축기를 하나의 플랫폼 시스템으로 만들기 위하여 시스템 제어회로 PCB를 설계 및 제작하였으며 마이크로펌프, 3방향 밸브, 마이크로 컨트롤러 유닛, 가스 저장용 챔버 등과 조립하여 플랫폼 시스템을 완성하였다. 완성된 플랫폼 시스템을 이용하여 100 ppb의 Methane, Ethane 및 Alkanes 6종 혼합가스에 대하여 농축성능 실험을 수행하였고, 상용 Gas chromatography-Flame Ionization Detector (GC-FID)를 이용하여 농축 및 미농축된 가스의 신호를 검출하여 비교분석 하였다. 실험결과 기존의 상용센서 만으로는 감지하기 어려웠던 100 ppb의 저농도 가스들에 대해 각각 56, 50, 81배 농축이 가능한 것을 확인 하였고 센서의 감지한계를 극복할수 있음을 보였다. 개발된 마이크로 가스전농축기 시스템은 소형 시스템으로서 저농도의 VOCs를 농축, 고농도화 하여 가스 농축 시스템을 보급화 하기에 유리한 많은 장점들이 있으며 저농도의 가스 검출이 필요한 산업현장 및 실내 공기질관리등 다양한 분야에 사용범위를 확장할 수 있을 것으로 기대된다.

목 차. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..i
List of Figures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iii
List of Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..v
국문 요약. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vi
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 및 내용 6
2. 저농도 VOCs 농축을 위한 마이크로 가스전농축기 칩 개발 8
2.1 저농도 VOCs 가스농축을 위한 흡착물질 개발 8
2.2 마이크로 가스전농축기 칩 형상 설계 및 압력강하 해석 10
2.3 MEMS 공정을 이용한 마이크로 가스전농축기 칩 제작 14
2.4 흡착물질의 압력강하 실험 16
3. 마이크로 가스전농축기 플랫폼 설계 및 제작 18
3.1 전농축기 플랫폼 시스템 회로설계 및 PCB 제작 18
3.2 플랫폼 제작 및 작동원리 21
4. 제작된 마이크로 가스전농축기 플랫폼 농축성능 평가 24
4.1 성능평가 시스템 구성 및 실험 방법 24
4.2 실험결과 26
5. 결론 30
6. 참고문헌 32
7. Abstract 36

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