“일석이조로 두 마리의 새를 죽이다”

Dec 13, 2023

작성자: 허페이 물리과학연구소, 중국과학원 2023년 3월 28일

H2S 센서 설계에서 PDMS 멤브레인의 이중 기능적 역할 - 내습성 및 선택성이 향상되었습니다. 크레딧: Zhang Ruofan

중국과학원(CAS) 허페이 물리과학연구소(HFIPS)의 Meng Gang 교수가 이끄는 연구팀은 고성능, 내습성 황화수소 개발에 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용하는 방법을 연구했습니다. (H2S) 센서는 습한 공기 환경에서 H2S 화학 저항기를 실제로 적용할 수 있는 경로를 제공합니다.

결과는 ACS Applied Materials & Interfaces와 Chemical Communication에 각각 게재되었습니다.

H2S는 무색, 가연성, 폭발성, 고부식성, 고독성 가스로 반밀폐형 및 고습도 위치에 널리 존재합니다. delafossite, ZnO 및 CuO를 포함한 일부 산화물은 건조한 공기에서 H2S에 대해 높은 반응을 보이지만 습도는 센서의 반응을 방해하는 경향이 있습니다. 또한, H2S는 부식성이 강한 가스로 습도가 증가할수록 부식성이 증가합니다. 이는 고습 환경에서 센서의 급격한 부식 및 성능 저하를 초래하며, 이는 센서의 실제 적용에 중요한 과제가 됩니다.

In order to solve these problems, scientists evaporated a hydrophobic and semipermeable membrane of polydimethylsiloxane (PDMS) on the Pt single-atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">열 증발법에 의해 원자에 고정된 CuCrO2.

논문의 제1저자인 Zhang Ruofan은 PDMS의 생체 기능적 역할을 "일석이조"라고 설명했습니다.

PDMS는 소수성 성질을 가지고 있었습니다. 환경 내 수증기 침입을 효과적으로 차단하고, 환경 습도가 센서에 미치는 영향을 약화시키며, 습한 환경에서 센서의 장기 안정성을 크게 향상시켰습니다.

반면에, PDMS 막의 미세기공은 직경이 H2S보다 약간 큰 메틸 메르캅탄(CH3SH) 분자를 효과적으로 차단할 수 있습니다. 이는 "분자체" 역할을 하여 H2S에 대한 센서의 선택성을 더욱 향상시켰습니다.

PDMS 코팅된 CuCrO2를 기반으로 한 내습성 H2S 센서는 낮은 작동 온도(100℃), 높은 응답(상대습도 50%에서 5ppm H2S에 대해 최대 151), 높은 선택성 및 우수한 장기 안정성을 가졌습니다. 석유화학, 천연가스 및 기타 분야에서 H2S 센서의 실제 적용을 위한 중요한 기반을 마련했습니다.

참고자료:

Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Junqing Chang, Zhongyao Zhao, Shimao Wang 및 Gang Meng의 "높은 선택성을 갖춘 내습성 H2S 화학저항기 설계에서 PDMS 멤브레인의 이중 기능적 역할", 2023년 1월 16일, Chemical Communications.DOI: 10.1039/D2CC05880D

Ruofan Zhang, Zanhong Deng, Lei Shi, Mahesh Kumar, Junqing Chang, Shimao Wang, Xiaodong Fang, Wei Tong 및 Gang Meng의 "저온 작동 고성능 H2S 화학저항기를 위한 Pt 고정 CuCrO2", 2022년 5월 20일, ACS 응용 재료 및 인터페이스.DOI: 10.1021/acsami.2c00619