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친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자와 색변화 염료 물질이 함께 결착된 1 차원 고분자 나노섬유들로 형성된 3 차원 네트워크 구조를 포함하고,상기 색변화 염료 물질이 용해된 혼합용액을 급랭함에 따라, 전기방사용액 내부에 색변화 염료 물질들이 형성되되, 적어도 일부의 색변화 염료 물질들이 상기 금속유기구조체 입자를 종자 (seed)로 하여 상기 금속유기구조체 입자의 표면에 재결정되어 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 지시용 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 3차원 네트워크 구조는 1 차원 고분자 나노섬유들이 서로 무작위적으로 얽혀 이루어진 구조 또는 일정 방향으로 정열된 1 차원 고분자 나노섬유들이 적층된 형상의 3 차원 다공성 멤브레인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 친수성 셀룰로오스 섬유는 그 추출원 및 분산방법 그리고 중합도에 따라 직경이 5 nm - 200 nm 의 분포범위에 포함되고, 길이가 10 nm - 10 μm 의 분포범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자는 금속이온들과 유기물 리간드들이 규칙적인 배위 결합을 통해 연결되어 있는 나노 사이즈 기공들이 다수 분포하는 다공성 물질로, 입자의 크기가 10 nm - 1 μm 의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체 입자는 ZIF-1, ZIF-2, ZIF-3, ZIF-4, ZIF-5, ZIF-6, ZIF-7, ZIF-8, ZIF-9, ZIF-10, ZIF-11, ZIF-12, ZIF-22, ZIF-65, ZIF-69, ZIF-71, ZIF-78, ZIF-90, ZIF-95, ZIF-9-67 및 SIM-1 중에서 선택된 적어도 하나의 금속유기구조체로 형성된 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 색변화 염료 물질은 특정 가스 분자와 반응하게 되면 가시광선 영역 안에서의 파장의 주파수 변화, 가시광선 영역 안에서 밖으로의 파장의 주파수 변화, 가시광선 영역 밖에서 안으로의 파장의 주파수 변화 또는 파장의 강도 변화로 인해 색변화 특성을 보이는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 색변화 염료 물질은 lead(II) acetate (Pb(CH3COO)2), iron(II) acetate (Fe(CH3COO)2), nickel(II) acetate (Ni(CH3COO)2), copper(II) acetate (Cu(CH3COO)2), cadmium acetate (Cd(CH3COO)2), cobalt(II) acetate (Co(CH3COO)2), manganese(II) acetate (Cu(CH3COO)2), bismuth(III) acetate (Co(CH3COO)3), silver(I) acetate (Ag(CH3COO)), silver nitride (AgNO3), o-Tolidine, m-Tolidine, bromophenol blue + TBAH, methyl red + TBAH, thymol blue + TBAH, fluorescein, bromocresol purple, bromophenol red, LiNO3, 5-10-15-20-tetraphenylporphyrinatozinc (II), 및 5-10-15-20-tetrakis(2,4,6-trimethylphenyl)porphyrinatozinc (II) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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8
제1항에 있어서,상기 색변화 염료 물질은 직경이 1 nm - 1 μm 의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자와 상기 색변화 염료 물질이 1 차원 고분자 나노섬유의 내부와 표면에 균일하게 결착되어, 가스와의 반응을 극대화시키는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 색변화 염료 물질로서 lead(II) acetate를 선택하게 되는 경우, 나노섬유에 결착된 lead(II) acetate 염료 입자가 황화수소 (H2S) 가스와 반응하여 갈색의 황화 납 (PbS)이 나노섬유의 표면에 형성되면서 색변화가 나타나는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체 입자가 1차원 고분자 나노섬유의 내부 내지는 표면에 균일하게 결착되고,상기 금속유기구조체 입자의 적어도 일부가 1 차원 나노섬유의 표면 상에 돌출되어 울퉁불퉁한 나노섬유의 형상을 제공하여 반응 표면적을 극대화 시키는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체 입자와 색변화 염료 물질이 1 차원 고분자 나노섬유에서 탈리되는 것을 방지하기 위해, 1 차원 고분자 나노섬유가 상기 금속유기구조체 입자와 색변화 염료 물질을 구조적 및 물리적으로 감싸도록 상기 금속유기구조체 입자와 색변화 염료 물질이 포함된 고분자 용액을 전기방사하여 1 차원 고분자 나노섬유를 생성하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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13
제1항에 있어서,상기 3 차원 네트워크 구조를 형성하는 1 차원 고분자 나노섬유의 직경은 100 nm - 10 μm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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제1항에 있어서,상기 금속유기구조체 입자의 중량비율은 상기 1 차원 고분자 나노섬유에 사용되는 고분자의 중량 대비 0
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제1항에 있어서,상기 색변화 염료 물질의 중량 비율은 상기 1 차원 고분자 나노섬유에 사용되는 고분자 중량 대비 0
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제1항에 있어서,상기 1 차원 고분자 나노섬유를 구성하는 고분자는 폴리퍼퓨릴알콜 (PPFA), 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA, polymethyl methacrylate), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 (PVAc, polyvinyl acetate), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리스티렌 (PS, polystyrene), 폴리비닐피롤리돈 (PVP, polyvinylpyrrolidone), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트 (PC), 폴리비닐클로라이드 (PVC, polyvinyl chloride), 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 (PVDF, poly(vinylidene fluoride)), 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리이미드 (polyimide), 폴리아크릴로나이트릴 (PAN, polyacrylonitrile), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET, polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌옥사이드 (PPO, polypropylene oxide), 폴리비닐알콜 (PVA, polyvinyl alcohol), 스타이렌 아크릴로나이트릴 (SAN, styrene-acrylonitrile), 폴리카보네이트 (PC, polycarbonate), 폴리아닐린 (PANI, polyaniline), 폴리프로필렌 (PP, polypropylene) 및 폴리에틸렌 (PE, polyethylene) 중 1 종 혹은 2 종 이상의 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서
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복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법에 있어서, (a) 친수성 셀룰로오스 섬유 표면에 금속유기구조체 입자를 합성하는 단계;(b) 고분자를 용매에 용해시킨 고분자 용액에 상기 합성된 친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자 및 색변화 염료 물질을 혼합한 혼합용액을 제조하는 단계;(c) 고온교반 과정을 통해 상기 혼합용액 안에 색변화 염료 물질을 용해시키는 단계;(d) 상기 색변화 염료 물질이 용해된 상기 혼합용액에 대한 급랭 과정을 통해 미세 결정으로 응고된 염료와 상기 친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자를 포함하는 전기방사용액을 제조하는 단계;(e) 전기방사 공정을 이용하여 상기 친수성 셀룰로오스 섬유를 함유하는 금속유기구조체 입자와 상기 색변화 염료 물질이 결착된 1 차원 고분자 나노섬유를 제조하는 단계; 및(f) 방사된 1 차원 고분자 나노섬유를 멤브레인 형태로 부직포에 수집하는 단계를 포함하고,상기 (d) 단계에서,상기 색변화 염료 물질이 용해된 상기 혼합용액을 급랭함에 따라, 상기 전기방사용액 내부에 미세한 색변화 염료 물질들이 형성되되, 적어도 일부의 색변화 염료 물질들이 상기 전기방사용액에 포함되어 있는 상기 금속유기구조체 입자를 종자 (seed)로 하여 상기 금속유기구조체 입자의 표면에 재결정되어 형성되는 것을 특징으로 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서,상기 용매는 물 (deionized water), 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran), 메탄올 (methanol), 아이소프로판올 (isopropanol), 프름산 (formic acid), 아세토니트릴 (acetonitrile), 나이트로메테인 (nitromethane), 초산 (acetic acid), 에탄올 (ethanol), 아세톤 (acetone), 에틸렌 글리콜 (EG, ethylene glycol), 디메틸 술폭시드 (DMSO, dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아마이드 (DMF, dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드 (DMAc, dimethylacetamide) 및 톨루엔 (toluene) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서, 상기 고분자는 상기 용매에 대한 중량비 0
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제17항에 있어서,상기 (c) 단계는, 상기 색변화 염료 물질의 녹는점으로 알려진 온도 이상에서 상기 혼합용액을 교반하여 상기 색변화 염료 물질을 용해시키는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서,상기 (c) 단계는,상기 색변화 염료 물질로서 아세트산 납 (lead(II) acetate)을 선택하게 되는 경우, 아세트산 납의 녹는점으로 알려진 75 °C 이상에서 상기 혼합용액을 교반하여 아세트산 납 삼수화물을 액화시키는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서,상기 색변화 염료 물질이 용해된 상기 혼합용액은 25 ℃이하의 온도로 급랭되는 것을 특징으로 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서,상기 전기방사 공정에서, 방사용액을 토출시키는 토출량은 0
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제17항에 있어서,상기 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서는 환경 유해가스 (H2S, SOx, NOx, COx) 및 사람의 날숨에 포함된 생체지표가스 (CH3COCH3, C2H5OH, C6H5CH3)를 감지하는 것을 특징으로 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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제17항에 있어서,상기 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서는 특정 가스에 노출되는 경우, 개별 섬유 표면에서 상기 특정 가스와 상기 색변화 염료 물질 사이에서 흡착 및 표면 화학 반응에 의해 색상 변화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 고분자 나노섬유 멤브레인 색변화 센서의 제조방법
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