KR102826168B1 - 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서, 이를 포함하는 센싱 시스템 및 센서의 제작 방법 - Google Patents

Abstract

색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서가 개시된다. 본 센서는 이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 용액에 침지 후 건조된 패드 및 패드가 부착된 지지부재를 포함한다.

Description

색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서, 이를 포함하는 센싱 시스템 및 센서의 제작 방법 { SENSOR FOR MEASURING CONCENTRATION OF SUBSTANCE BY COLOR CHANGING, SENSING SYSTEM INCLUDING SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING SENSOR }

본 개시는 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서, 이를 포함하는 센싱 시스템 및 센서의 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수분에 강하게 제작된 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서, 이를 포함하는 센싱 시스템 및 센서의 제작 방법에 대한 것이다.

센서 기술이 급속하게 발전함에 따라 다양한 분야에서 센서가 이용되고 있다. 특히, 제조가 용이하며 값싼 물질을 이용하는 센서가 각광받고 있었는데, 그 중, 지시염료(indicator dye)를 이용한 센서 개발의 응용 가능성이 크게 부각되고 있었다. 지시 염료란 산도(pH), 특정물질의 농도, 특정 기체 혹은 액체 성분 유무 등에 반응하여 색 변화를 일으킬 수 있는 물질로, 이러한 물질을 종이, 코튼 등에 부착시킨 센서에서의 색 변화를 통해 대상 물질의 존재 여부를 검출할 수 있다.

이러한 지시 염료를 이용하는 센서는 전원도 필요 없으며, 화학반응을 통한 센싱을 하기 때문에 높은 선택성과 민감도를 보이며, 다양한 대상물질 동시 분석을 위한 어레이 제작에도 용이하였다.

그런데 기존의 색 변화을 통해 대상 물질을 검출하기 위한 센서는 다음과 같은 여러 단점이 존재하였다. 구체적으로, 지시 염료가 수분에 취약함에 따라, 지시 염료를 외부의 수분으로부터 보호하기 위해, 센서에는 대상물질 가스만 통과할 수 있는 고가의 멤브레인의 적용이 필수적이었다. 또한, 센서의 사용 동안 불순물이 센서에 점착됨에 따라 연속 측정에서 재현성을 확보하기 어렵다는 문제가 있었다.

본 개시는 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 개시의 목적은 수분에 강하게 제작된 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서, 이를 포함하는 센싱 시스템 및 센서의 제작 방법을 제공함에 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서는, 이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 상기 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 용액에 침지 후 건조된 패드 및 상기 패드가 부착된 지지부재를 포함한다.

이 경우, 상기 지지부재에서 상기 패드는, 세척용 물과 직접 접촉 가능하도록 배치된다.

한편, 상기 이온화된 지시 염료는, 클로로페놀레드(Chlorophenol red), 브로모크레졸 그린 (Bromocresol Green), 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모티몰 블루(Bromothymol blue), 크레졸 레드(Cresol red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 메틸레드(Methyl red), 페놀레드(Phenol red), 페놀프탈레인(Phenolphthalein), 및 티몰블루(Thymol blue) 중 적어도 하나가 이온화된 것일 수 있다.

한편, 상기 이온성 액체는, 이미다졸륨(Imidazolium)계 염, 포스포늄(Phosphonium)계 염, 피롤리디늄(Pyrrolidinium)계 염, 피페리디늄(piperidinium)계 염, 플루오로보레이트(fluoroborate)계 염, 플루오로포스페이트(fluorophosphate)계 염, 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide)계 염, 및 비스(플루오로설포닐)아미드(bis(fluorosufonyl)amide)계 염 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다.

한편, 상기 패드는, 섬유, 세라믹, 필름, 페이퍼, 및 폴리머 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

한편, 상기 지지부재의 일 면에 접착성 물질이 도포되어 있을 수 있다.

한편, 본 개시의 센서는, 상기 패드와 상기 지지부재 사이에 배치되어 빛을 수광하는 수광부 및 상기 수광부에 입사된 빛에 기초하여, 상기 패드의 색상에 대응하는 대상 물질의 농도를 결정하는 프로세서를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 본 개시의 센서는, 상기 패드로 빛을 조사하기 위한 광원을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 개시의 센서는 통신부를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 패드의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 타 전자 장치에 전송하도록 상기 통신부를 제어할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 센싱 시스템은, 이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 상기 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 용액에 침지 후 건조된 패드를 포함하고, 상기 패드의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 외부 장치로 전송하는 센서, 및 상기 센서로부터 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 센싱 데이터에 대응하는 동작을 수행하는 전자 장치를 포함한다.

이 경우, 상기 전자 장치는, 상기 수신된 센싱 데이터에 기초하여 상기 센서에서 센싱된 물질의 농도에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 디스플레이부는, 상기 센싱 데이터에 기초하여, 상기 센서에서 센싱된 물질의 농도에 따른 공기 오염도 정보, 유해 가스 정보, 수질 오염도 정보, 질병 진단 정보, 음식물 상태 정보, 재난 상황 알림 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있다.

한편, 상기 센서는 오염물질을 필터링하는 필터에 인접하여 배치되며, 상기 전자 장치는 상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 필터의 오염 정도에 대한 정보를 상기 디스플레이부를 통해 표시할 수 있다.

한편, 상기 전자 장치는, 스마트폰, 웨어러블 디바이스, 냉장고, 세탁기, 청소기, 공기 청정기, 에어컨 또는 가습기일 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상물질의 농도에 따라 색상이 변화하는 패드를 포함한 센서의 제작방법은, 지시 염료가 이온화된 수용액을 마련하는 단계, 상기 수용액에 이온성 액체를 첨가하는 단계, 상기 이온성 액체가 첨가된 수용액에 비극성 용매를 첨가하여 교반하는 단계, 상기 비극성 용매와 상기 비극성 용매에 용해된 물질을 포함하는 용액을 획득하는 단계 및 상기 획득된 용액에 패드를 침지한 후, 패드를 건조시키는 단계를 포함한다.

이 경우, 상기 수용액을 마련하는 단계는, 염기성 수용액에 지시 염료 화합물을 용해하는 것일 수 있다.

한편, 상기 수용액을 마련하는 단계는, 지시 염료 화합물의 염을 물에 용해하는 것일 수 있다.

이 경우, 상기 지시 염료 화합물은, 클로로페놀레드(Chlorophenol red), 브로모크레졸 그린 (Bromocresol Green), 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모티몰 블루(Bromothymol blue), 크레졸 레드(Cresol red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 메틸레드(Methyl red), 페놀레드(Phenol red), 페놀프탈레인(Phenolphthalein), 및 티몰블루(Thymol blue) 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다.

한편, 상기 이온성 액체는, 이미다졸륨(Imidazolium)계 염, 포스포늄(Phosphonium)계 염, 피롤리디늄(Pyrrolidinium)계 염, 피페리디늄(piperidinium)계 염, 플루오로보레이트(fluoroborate)계 염, 플루오로포스페이트(fluorophosphate)계 염, 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide)계 염, 및 비스(플루오로설포닐)아미드(bis(fluorosufonyl)amide)계 염 중 적어도 하나에서 선택될 수 있다.

한편, 상기 용액을 획득하는 단계는, 상기 교반 이후 상등액을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 조성물의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 패드를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3 내지 도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따라 제작된 패드에 대한 실험 결과를 도시한 도면,
도 7 내지 도 11은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 센서의 활용 예를 설명하기 위한 도면,
도 13 내지 도 15b는 센서에서의 센싱 결과를 제공하는 방법에 대한 다양한 실시 예를 설명하기 위한 도면,
도 16은 본 개시의 일 실시 예에 따른 조성물의 활용 예를 설명하기 위한 도면, 그리고
도 17은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 센서의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 예들은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 특정한 실시 형태에 대해 범위를 한정하려는 것이 아니며, 개시된 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 실시 예들을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 개시에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 개시의 일 실시 예에 따른, 대상물질과 반응하면 색상이 변화하는 조성물은 색상 변화로 대상 물질의 농도를 측정하기 위한 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들어, 환경 관리 분야, 안전 관리 분야, 의료 진단 분야, 식품 관리 분야 등에서 사용될 수 있다.

구체적인 예로, 식품 발효, 부패 또는 숙성 과정에서 발생하는 가스가 검출 대상이 될 수 있다. 예컨대, 암모니아, 아세트산, 알데하이드, 황화합물, 알코올, 황화수소, 트리메틸아민, 에틸렌, 이산화탄소 등이 검출 대상이 될 수 있다. 또한 세균, 바이러스 등도 검출 대상이 될 수 있다. 또 다른 예로, 공기 질 판단을 위해 포름알데히드, 톨루엔 등과 같은 인체 유해 물질이 검출 대상이 될 수 있고, 악취 혹은 구취 판단을 위해 황화수소가 검출 대상이 될 수 있다.

또 다른 예로, 음주의 정도 측정을 위해 알코올이 검출 대상 가스가 될 수 있으며, 당뇨, 심장병, 폐질환 등의 질병 진단을 위해 해당 병이 발병하였을 때 인체로부터 방출되는 가스가 검출 대상이 될 수 있다.

또 다른 예로, 세탁기 오염도 혹은 세탁 진행 상황을 판단하기 위해 헹굼수가 검출 대상이 될 수 있다. 상기와 같은 다양한 검출 대상에 맞게, 적절한 지시 염료가 본 개시의 조성물을 제조하는데 사용될 수 있다. 지시 염료란 가스, 액체, 고체 내 특정 성분과 접촉에 의해 색상이 변화하는 특징을 가지는 성분을 의미한다. 도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 대상물질과 반응하면 색상이 변화하는 조성물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참고하면, 먼저, 지시 염료가 이온화된 수용액을 마련한다(S110).

구체적으로, 지시 염료 화합물과 물을 준비한다. 지시 염료 화합물의 예에는, 클로로페놀레드(Chlorophenol red), 브로모크레졸 그린 (Bromocresol Green), 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모티몰 블루(Bromothymol blue), 크레졸 레드(Cresol red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 메틸레드(Methyl red), 페놀레드(Phenol red), 페놀프탈레인(Phenolphthalein), 티몰블루(Thymol blue), m-크레졸 퍼플(m-cresol Purple) 등이 있다. 이들은 pH 변화, 특정 물질의 포함 여부, 특정 물질이 특정 농도 이상 포함된 경우 등에 따라 색상이 변화하는 물질이다. 다만 본 개시에서 사용되는 지시 염료 화합물이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고 상기와 같은 지시 염료 화합물을 물에 용해한다. 지시 염료 화합물은 산성 또는 염기성일 수 있다. 만약, 산성의 지시 염료 화합물을 산성 용액에 넣으면, 지시 염료 화합물에 붙어 있는 수소는 잘 떨어지지 않는다. 이미 용액 속에 수소 이온이 많기 때문이다. 그렇지만, 이 용액에 염기성 물질을 넣어주면 용액 속의 수소이온 농도가 줄어들기 때문에 지시 염료 화합물에 붙어 있던 수소들이 해리되므로, 이온화가 잘 될 수 있다. 이러한 점을 이용하여, 물의 산성/염기성 정도를 조절하여 지시 염료 화합물의 용해도를 높일 수 있다. 구체적인 예로, 약 0.1M의 NaOH 수용액을 이용하여 지시 염료 화합물을 용해할 수 있다.

한편, 상기와 같은 지시 염료 화합물의 염(salt)을 이용하는 것도 가능하다. 예컨대, 클로로페놀레드 나트륨 염(Chlorophenol red sodium salt), 브로모크레졸 그린 나트륨 염, 브로모페놀 블루 나트륨 염, 브로모페놀 블루 나트륨 염, 크레졸 레드 나트륨 염, 메틸레드 나트륨 염, 페놀레드 나트륨 염, 티몰블루 나트륨 염 등을 물에 녹일 수 있다.

상술한 것과 같이 지시 염료 화합물 또는 지시 염료 화합물의 염이 용해된 수용액은, 이온화된 지시 염료를 포함한다. 상기에서 예로 들은 지시 염료 화합물들의 경우, 이온화된 지시 염료는 음이온의 형태(anionic form)이다.

그리고 이온화된 지시 염료가 포함된 수용액에 이온성 액체를 첨가한다(S120).

이온성 액체(Ionic Liquids)란 양이온과 음이온이 크기의 비대칭성으로 인해 결정체를 이루지 못하고 넓은 온도 범위에서 액체 상태로 존재하는 물질이다. 실온에서 액체인 염(salt)은 통상적으로 이온성 액체로 지칭된다.

이온성 액체는 다양한 종류의 양이온과 다양한 종류의 음이온을 합성하여 제조할 수 있고, 본 개시에서 사용되는 이온성 액체의 종류에는 특별한 제한이 없다.

이온성 액체의 대표적인 양이온에는 이미다졸륨(imidazolium), 포스포늄(Phosphonium), 암모늄(ammonium), 피롤리디늄(pyrrolidinium) 또는 피페리디늄(piperidinium) 등이 있고, 음이온에는 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide), 비스(플루오로설포닐)아미드(bis(fluorosufonyl)amide), 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide), 플루오로보레이트(fluoroborate), 또는 플루오로포스페이트(fluorophosphate) 등이 있다.

본 개시에선 이에 제한되는 것은 아니나, 이미다졸륨계 염(Imidazolium based salt), 포스포늄계 염, 피롤리디늄계 염, 피페리디늄계 염, 플루오로보레이트계 염, 플루오로포스페이트계 염, 비스(플루오로설포닐)이미드계 염, 및 비스(플루오로설포닐)아미드계 염 중에서 선택된 이온성 액체가 사용될 수 있다.

이온성 액체가 첨가되면, 수용액 내에선, 이온화된 지시 염료와 이온성 액체 간의 결합이 이루어진다. 예컨대, 음이온 형태인 이온화된 지시 염료와, 이온성 액체의 양이온이 서로 결합된다. 여기서의 결합은, 정전기적 인력에 의한 결합이다. 이온화된 지시 염료가 양이온 형태라면 이온성 액체의 음이온과 서로 결합될 것이다.

이러한 결합된 형태는 친유성이므로 수용액 내에서 친수성인 나머지 부분과 분리가 이루어질 수 있다. 이를 위해, 상기 이온성 액체가 첨가된 수용액에 비극성 용매를 첨가하여 교반한다(S130).

이온화된 지시 염료와 이온성 액체의 이온들 중 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온이 결합된 형태는 친유성으로서 비극성 용매에 잘 용해되므로, 상기 결합된 형태는 비극성 용매에 포함되어 친수성 부분과 분리가 이루어질 수 있다.

이때 사용될 수 있는 비극성 용매(또는 친유성 용매)에는 특별한 제한이 없으나, 끓는점이 100 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 끓는점이 높은 용매를 사용할 경우 후속하는 건조 단계에서 시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 비극성 용매의 예시로서 디클로로메탄(dichloromethane), 헥산(hexane), 디에틸 에테르(diethyl ether) 등이 사용될 수 있다.

한편, 비극성 용매를 첨가하는 단계는 상술한 S110 단계와 S120 단계 사이에 있을 수도 있다.

그리고, 비극성 용매에 용해된 물질을 포함하는 조성물을 획득한다(S140). 비극성 용매에 용해된 물질을 포함하는 조성물은, 비극성 용매와 비극성 용매에 용해된 물질을 포함하는 용액일 수 있다.

구체적으로, 상술한 것과 같이 친수성 부분과 비극성 용매에 해당되는 친유성 부분의 상분리가 일어나게 되고, 밀도가 낮은 친수성 부분이 상등액을 차지하게 된다. 상등액을 제거함으로써, 이온화된 지시 염료와 이온성 액체를 구성하는 이온이 결합된 이온성 물질을 포함한 친유성 용액을 획득할 수 있다. 이 경우, 일부 남아있는 친수성 물질을 제거하기 위해, 극성 용매 또는 물을 이용한 세척 작업이 수 차례 더 수행될 수 있다.

이와 같이 획득된 친유성 용액은 추가의 처리 없이 본 개시의 조성물로서 이용될 수 있다. 또는, 사용되는 환경의 목적에 맞게 추가의 처리가 더 가해질 수도 있다. 예컨대, 본 개시의 조성물은 잉크로서 제작될 수 있는바, 이 경우에 필요한 추가의 물질이 더 포함될 수 있다. 예컨대, 스탬프용 잉크, 펜 용 잉크 등 다양한 형태로 제조될 수 있다.

본 개시는 상술한 제조 방법뿐만 아니라, 상술한 제조 방법에 따라 제조된 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 제조방법에 따라 제조된 본 개시의 조성물은, "이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 상기 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'"으로 이루어지는 이온성 물질을 포함한다.

여기서 이온화된 지시 염료는 지시 염료 화합물 또는 지시 염료 화합물의 염이 이온화된 물질을 의미하는 것으로서, 사용된 지시 염료 화합물 또는 지시 염료 화합물의 염이 무엇이냐에 따라, 이온화되었을 때 양이온 형태 혹은 음이온 형태일 수 있다.

이온화된 지시 염료가 양이온인 경우, 이온성 물질의 음이온과 결합하여 이온성 물질을 형성하고, 이온화된 지시 염료가 음이온인 경우, 이온성 물질의 양이온과 결합하여 이온성 물질을 형성한다. 여기서 이온성 물질이란, 양이온과 음이온이 정전기적 인력으로 결합된 상태를 의미하는 것이다.

본 개시의 조성물에 포함된 이온성 물질을 구성하는 양이온과 음이온 중 어느 하나는 지시 염료 화합물에서 유래된 것이고, 다른 하나는 이온성 액체에서 유래된 것이다. 따라서, 이러한 이온성 물질은, 사용된 지시 염료 화합물과 이온성 액체와는 다른 새로운 물질이다.

일반적으로 사용되는 지시 염료 화합물의 이온화된 형태는 음이온이며, 일반적으로 사용되는 이온성 액체는 거대 양이온과 작은 음이온으로 구성되므로, 본 개시의 조성물에 포함된 이온성 물질은, 이온성 액체의 거대 양이온을 포함하므로, 낮은 격자에너지를 가지고 있기 때문에 상온에서 액체상태로 존재할 수 있다.

본 개시의 조성물에 포함된 이온성 물질을 구성하는, 이온화된 지시 염료는, 다음의 지시 염료 화합물이 물에 용해되어 형성된 것일 수 있다.

예를 들어, 이온화된 지시 염료는 클로로페놀레드(Chlorophenol red), 브로모크레졸 그린 (Bromocresol Green), 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모티몰 블루(Bromothymol blue), 크레졸 레드(Cresol red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 메틸레드(Methyl red), 페놀레드(Phenol red), 페놀프탈레인(Phenolphthalein), 티몰블루(Thymol blue) 등의 지시 염료 화합물 중 적어도 하나 이상이 물에 용해된 것일 수 있다. 다만, 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다.

또는, 이온화된 지시 염료는, 다음의 지시 염료 화합물의 염이 물에 용해되어 형성된 것일 수 있다.

예를 들어, 이온화된 지시 염료는, 클로로페놀레드 나트륨 염(Chlorophenol red sodium salt), 브로모크레졸 그린 나트륨 염, 브로모페놀 블루 나트륨 염, 브로모페놀 블루 나트륨 염, 크레졸 레드 나트륨 염, 메틸레드 나트륨 염, 페놀레드 나트륨 염, 티몰블루 나트륨 염 등의 지시 염료 화합물의 염 중 적어도 하나 이상이 물에 용해된 것일 수 있다. 다만, 상술한 예시에 한정되는 것은 아니다.

본 개시의 조성물에 포함된 이온성 물질을 구성하는, 이온화 액체의 음이온 또는 양이온은, 다음의 이온성 액체로부터 유래된 것일 수 있다.

예를 들어, 이온성 액체는 이미다졸륨계 염(Imidazolium based salt), 포스포늄계 염, 피롤리디늄계 염, 피페리디늄계 염, 플루오로보레이트계 염, 플루오로포스페이트계 염, 비스(플루오로설포닐)이미드계 염, 및 비스(플루오로설포닐)아미드계 염 중에서 적어도 하나에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.

본 개시에 따른 조성물은, 대상 물질과 반응하면 상기 대상 물질의 농도에 대응되는 색상으로 변화할 수 있다.

본 개시에 따른 조성물로 잉크 또는 페인트를 제조하면, 원하는 곳 어디에나 조성물을 도포할 수 있다. 본 조성물은 친유성이므로, 수분에 강하다.

본 개시의 또 다른 목적은 상기와 같이 획득된 조성물을 이용한, 대상물질 농도 측정용 센서를 제공하는 데 있다.

구체적으로, 도 1을 통해 상술한 방법으로 얻어진, 비극성 용매에 용해된 물질과 비극성 용매를 포함하는 용액에 도 2에 도시된 것과 같이 패드를 침지시킨 후, 건조하여 패드를 제작할 수 있다. 침지시키는 방법 이외에도, 패드에 상술한 조성물이 포함된 용액을 약간 떨어뜨리고 건조할 수도 있다. 앞서 설명한 도 1의 S130 단계에서, 끓는점이 100℃ 이하인 비극성 용매를 사용한 경우엔, 패드의 건조 시간이 단축될 수 있다. 건조 이후, 패드 자체가 센서로 이용될 수 있고, 패드를 적절한 지지부재에 부착시켜 센서로 사용할 수 있다.

이하에선 상술한 패드 제조에 대한 구체적인 실시 예를 설명하도록 한다.

패드 제조 실시 예

조성물 제조를 위하여 지시 염료 화합물로서, 클로로페놀레드(Chlorophenol red)를 사용하였다. 클로로페놀레드는 pH 4.8(보라색) 에서 pH 6.7(노란색)으로 변하는 성질이 있다. 분자량은 423.27 g/mol이며, 화학구조는 아래 화학식 1과 같다.

<화학식 1>

그리고 이온성 액체로서 P₆₆₆₁₄Cl(Trihexyl-(tetradecyl)phosphonium chloride)를 사용하였다. 분자량은 519.31 g/mol이며, 화학구조는 아래 화학식 2와 같다.

<화학식 2>

그리고 비극성 용매로서 디클로로메탄(dichloromethane)을 사용하였다. 분자량은 84.93 g/mol이며, 화학구조는 아래 화학식 3과 같다.

<화학식 3>

그리고 패드로서, 종이(Paper)와 면 직물(Cotton Fabric)을 사용하였다.

그리고 패드 제조를 위해 다음과 같은 순서로 진행하였다.

먼저, 물에 클로로페놀레드를 투입하고, 수산화 나트륨(NaOH) 0.1M을 첨가하였다. 그 이후 P₆₆₆₁₄Cl를 첨가하여, 용액 중의 클로로페놀레드의 최종 농도가 2.3mM이 되게끔 하였다.

이후, 디클로로메탄을 첨가하였다. 이후, 디클로로메탄이 첨가된 용액을 교반하였다. 이 교반 과정은 생략해도 무방하다.

교반 이후, 상등액, 즉 물층을 제거하였다. 이 경우, 첨가되었던 물과 동일한 양의 물을 첨가하는 세척 과정을 거쳤다. 이러한 세척 과정은 생략해도 무방하다.

상기와 같이 물층 제거 이후 남아있는 용액을 64㎕씩 취하여, Chromatography paper와 EMPA 108에 각각 떨어뜨린 후, 건조하였다.

본 실시 예에 따라 얻어진 종이 패드에 대해 반복 재사용성을 실험한 결과를 도 3에 도시하였다.

도 3은 제작된 종이 패드를 아세트산 가스(pH 4)에 노출시킨 후, 수돗물(pH 6.2)로 세척하고, 다시 아세트산 가스(pH 4)에 노출시키고, 다시 수돗물(pH 6.2)로 세척한 결과이다. 도 3의 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 실시 예에 따라 제작된 종이 패드는 물에 세척하여도 색변화 기능이 떨어지지 않고 재사용이 가능하다.

도 4는 지시 화합물인 클로로페놀레드와 이온성 액체인 P₆₆₆₁₄Cl의 사용비율을 다르게 하여 복수의 종이 패드를 제조한 후, 아세트산 가스(pH 4)에 노출시킨 결과를 나타낸 것이다.

도 4를 참고하면, 이온성 액체의 사용 비율이 높을수록 발색이 더 잘 나타난 것을 알 수 있다. 도 5는 도 4의 색변화를 디지털화하여 그래프로 나타낸 것이다. 도 5를 보면 더 확연히 알 수 있듯이, 이온성 액체의 비율이 더 많은 패드가 시간이 지날수록 색변화가 크다는 것을 알 수 있다.

도 6은 지시 화합물인 클로로페놀레드와 이온성 액체인 P₆₆₆₁₄Cl의 사용비율을 다르게 하여 복수의 종이 패드를 제조하고, 그 종이 패드의 앞면과 뒷면의 색상을 비교한 것이다. 용액을 떨어뜨린 부분을 앞면이라고 하고, 그 반대 면을 뒷면이라고 하였다.

도 6을 참고하면, 이온성 액체의 사용 비율이 높을수록 뒷면까지 조성물 코팅이 더 잘 되었음을 알 수 있다.

상기 도 4 내지 도 6의 결과에 기초하였을 때, 패드 제작시 이온성 액체 사용 비율을 높일 수록, 색 특성이 우수한 패드를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

상술한 것과 같이 제작된 패드는 색상 변화로 검출하기 위한 센서로 이용될 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른. 대상 물질을 색변화로 검출하기 위한 센서를 도시한 도면이다.

도 7을 참고하면, 센서(100)는 패드(110)와 지지부재(120)를 포함한다. 도 7(a)는 센서(100)를 위에서 바라본 모습이고, 도 7(b)은 센서(100)를 측면에서 바라본 모습이다.

패드(110)는 상술한 제조방법에 따라 제조된 조성물을 포함하는 용액에 침지된 후 건조된 것이거나, 그 용액을 떨어뜨린 후 건조한 것일 수 있다.

따라서, 패드(110)는 "이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 상기 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'"으로 이루어지는 이온성 물질을 포함한다.

한편, 패드(110)는 종이, 다공성 섬유 및 다공성 세라믹 중 적어도 하나로 구성된 것일 수 있다.

지지부재(120)는 패드(110)를 고정시킬 수 있는 것이면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 예컨대 지지부재(120)는 필름, 페이퍼 등으로 제작될 수 있다. 그리고 지지부재(120)는 폴리머로 구성될 수 있고, 사용될 수 있는 폴리머의 예로서, PVC (poly vinil chloride), PMMA (poly methyl methacrylate), PTEE (poly tetrafluoroethylene), PS (polystyrene) 등에서 선택되는 소수성 폴리머, 또는 폴리사카라이드(셀룰로오스), 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리이민(polyimine), 폴리글리콜(polyglycol), 하이드로겔(hydrogel) 등에서 선택되는 친수성 폴리머가 있다.

일 실시 예 따르면, 지지 부제(120)의 뒷면은 접착성 물질 또는 고정용 테이프를 포함할 수 있다. 이 경우, 센서(100)를 스티커처럼 사용할 수 있다. 따라서, 유리, 벽지, 가구, 장난감, 식기구, 가전제품, 창문 등 다양한 곳에 부착되어 활용될 수 있다.

특히, 패드(110)에 포함된 조성물이 친유성이므로, 수분에 닿아도 녹아나오지 않으므로 패드(110)를 수분으로부터 보호하기 위한 별도의 구조체가 필요 없다. 따라서, 패드(110)는 지지부재(120) 상에서, 물에 직접 접촉되도록 배치될 수 있다. 즉, 도 7에 도시한 것과 같이, 패드(110)가 완전히 노출된 형태 그대로를 센서로 사용할 수 있다. 따라서 본 센서(100)는 사용 후, 물에 세척하여 다시 재사용하는 것이 가능하다. 또한, 본 센서(100)를 깨끗한 공기 중에 일정 시간 두면 패드(110)에 부착된 가스 물질이 공기 중으로 확산되어 제거될 수 있으므로 재사용 가능하다.

한편, 지지부재(120)는 필수 구성은 아니고, 패드(110) 자체만으로 센서 구성이 가능하다. 또 한편, 패드(110)는 본 개시에 따른 조성물을 고정시키기 위한 수단일 뿐, 패드 없이 조성물 자체를 지지부재(120)에 도포하는 것도 가능하다.

도 8은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 센서(100')를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참고하면, 센서(110')는 복수의 패드(110-1 ~ 110-n)의 어레이와 복수의 패드(110-1 ~ 110-n)가 지지부재(120)에 배치될 수 있다.

복수의 패드(110-1 ~ 110-n)는 서로 다른 대상 물질을 위한 것일 수 있다. 따라서, 복수의 패드(110-1 ~ 110-n) 각각은 검출하고자 하는 대상 물질에 맞게 서로 다른 지시 염료 화합물을 사용하여 제작될 수 있다.

따라서 도 8에 도시한 것과 같이 복수의 패드 어레이를 이용하면, 한 번에 여러 물질을 검출할 수 있다.

도 9는 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참고하면, 센서(200)는 스티커 형태로 제작된 것이다.

구체적으로, 센서(200)는 상술한 방법으로 제작된 패드(110), 지지부재(120) 및 접착물질(130)을 포함한다.

접착물질(130)은 지지부재(120)의 뒷면에 도포될 수 있다. 도포된 접착물질(130)의 종류는 영구 접착제와 리무버블 접착제가 있을 수 있다.

이와 같은 센서(200)를 사용하면 원하는 곳 어느 곳이라도 센서(200)를 부착하여 사용할 수 있다.

도 10은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른 센서를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참고하면, 센서(300)는 상술한 방법으로 제작된 패드(110), 지지부재(120), 수광부(140) 및 프로세서(170)를 포함한다.

수광부(140)는 빛을 수광하여 빛의 양에 대응하는 광전류를 생성할 수 있는 구성으로서, 패드(110)와 지지부재(120) 사이에 배치될 수 있다.

구체적으로, 수광부(140)는 복수의 포토다이오드를 포함하며, 복수의 포토다이오드 각각의 상부엔 서로 다른 컬러 필터가 배치되어 있을 수 있다. 예컨대, 제1 포토다이오드에는 레드 필터가 배치되어 있고, 제2 포토다이오드에는 그린 필터가 배치되어 있고, 제3 포토다이오드에는 블루 필터가 배치되어 있을 수 있다. 따라서, 수광부(140)로 입사되는 빛이 각각의 필터에 의해 필터링되어 포토다이오드로 입사되며, 제1 포토다이오드는 레드 파장의 빛을 수광하고, 제2 포토다이오드는 그린 파장의 빛을 수광하고, 제3 포토 다이오드는 블루 파장의 빛을 수광한다.

한편, 포토다이오드 이외에도 광도전셀, 포토트랜지스터 등과 같은 소자가 이용될 수도 있다.

센서(300)에 포함된 프로세서(170)는, 센서(300)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 구성이다.

일 실시 예에 따르면, 프로세서(170)는 적어도 하나의 CPU(또는 DSP, MPU 등), RAM, ROM, 시스템 버스를 포함할 수 있다. 프로세서(170)는 MICOM(MICRO COMPUTER), ASIC(application specific integrated circuit) 등으로 구현될 수 있다.

프로세서(170)는 수광부(150)에서 수광된 빛을 A/D 변환을 하여 획득된 데이터를 분석하여 패드(110)의 색을 검출할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(170)는 상술한 제1 포토다이오드가 수광한 레드 파장의 빛과, 제2 포토다이오드가 수광한 그린 파장의 빛과, 제3 포토다이오드가 수광한 블루 파장의 빛에 대응하는 RGB값을 산출할 수 있다.

프로세서(170)는 패드(110)의 색이 검출되면, 검출된 색상에 맞는 대상 물질의 종류 및 농도 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 구체적으로, 센서(300)의 저장부(미도시)에는 색 값과 농도 간의 상관관계를 정의한 테이블 및 패드(110)에 포함된 지시 염료의 종류에 대한 정보가 저장되어 있을 수 있고, 프로세서(170)는 이에 기초하여 대상 물질의 종류 및 농도 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 또는, 상기와 같은 정보를 저장하고 있는 외부의 전자 장치에 패드(110) 색상에 대응하는 센싱 데이터를 전송하고, 외부 전자 장치에서 센싱 데이터에 대응하는 물질의 종류, 농도 등이 결정될 수도 있다.

센서(300)에 포함된 저장부는 예컨대, 비휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(HDD) 또는 솔리드 스테이트 드라이브(SSD) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 저장부는 센서(300) 내의 저장 매체뿐만 아니라, 외부 저장 매체, 예를 들어, micro SD 카드, USB 메모리, 외부 서버로 구현될 수도 있다.

한편, 센서(300)는 타 전자 장치와 통신하기 위한 통신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

센서(300)에 포함된 통신부는 예컨대, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network) 및 인터넷망을 통해 외부 기기에 접속되는 형태뿐만 아니라, 무선 통신(예를 들어, Z-wave, 4LoWPAN, RFID, LTE D2D, BLE, GPRS, Weightless, Edge Zigbee, ANT+, NFC, IrDA, DECT, WLAN, 블루투스, 와이파이, Wi-Fi Direct, GSM, UMTS, LTE, WiBRO 등의 무선 통신) 방식에 의해서 외부 기기에 접속될 수 있다. 통신부는 와이파이칩, 블루투스 칩, 무선 통신 칩 등 다양한 통신칩을 포함할 수 있다.

센서(300)는 통신부를 통해 다양한 장치와 통신할 수 있다. 구체적인 예로, 프로세서(170)는, 패드(110)의 색상에 대응하는 센싱 데이터, 패드(110)에 포함된 지시 염료에 대한 정보, 패드(110)의 색상에 기초하여 결정된 대상 물질의 종류에 대한 정보, 패드(110)의 색상에 기초하여 결정된 대상 물질의 농도에 대한 정보 중 적어도 하나를 통신부를 통해 적어도 하나의 타 전자 장치에 전송하도록 통신부를 제어할 수 있다. 이 경우, 전자 장치는 TV, 스마트폰, 테블릿, 스마트 워치 등일 수 있다.

전자 장치는 센서(300)로부터 수신한 정보에 기초하여 다양한 정보를 사용자에게 제공할 수 있고, 예컨대, 센서(300)에서 측정된 대상 물질에 대한 정보를 포함한 UI 화면을 전자 장치의 디스플레이에서 표시할 수 있다.

예컨대, 센서(300)는 에어컨, 공기 청정기 등에 구비되어 있을 수 있고, 패드(110)의 색 변화에 대응하는 센싱 데이터를 전자 장치로 통신부를 통해 전송하고, 센싱 데이터를 수신한 전자 장치는 수신한 센싱 데이터 기초하여 에어컨, 공기 청정기 등의 필터 오염 정도 등에 대한 정보를 포함한 UI 화면을 표시할 수 있다.

또 다른 예로, 센서(300)는 CO₂의 농도에 의한 패드(110)의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 통신부를 통해 에어컨과 같은 전자 장치로 전송할 수 있고, 에어컨은 수신한 센싱 데이터에 기초하여 에어컨의 온도를 제어할 수 있다. CO₂의 농도가 높다는 것은 인구 밀집도가 높다는 것을 의미하므로, 에어컨은 수신된 센싱 데이터에 기초하였을 때 CO₂의 농도가 높아진 것으로 판단되면 온도를 낮출 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기와 같은 센서(300)는 아파트 또는 빌딩 등의 각 공간에 배치되고, 관리실의 서버로 센싱 결과를 전송할 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 센서는 화재 시 전선 타는 냄새 등과 같이 재난 상황에서 발생하는 물질을 검출하는 데 사용할 수 있으므로, 관리실에선 아파트 또는 빌딩 내 위험(예컨대, 화재, 공기 오염)이 발생한 공간이 어디인지를 알림 받을 수 있게 된다.

또한, 본 개시의 센서는 사용자가 항상 휴대하는 웨어러블 기기, 예컨대 스마트 워치의 스트랩, 밴드, 스마트폰 악세서리 등에 부착 혹은 내장 되어 사용자가 있는 공간의 공기 질을 측정하고, 측정 결과를 사용자 단말 장치에 전송할 수 있다.

한편, 센서(300)는 센싱 결과를 사용자에게 표시할 수 있는 디스플레이부를 더 포함할 수도 있다.

도 11은 도 10의 센서(300)에 광원이 더 추가된 형태를 도시한 것이다.

광원(150)은 패드(110)에 빛을 조사하기 위한 구성으로서, 백색 LED로 구성될 수 있다.

광원(150)으로부터 발생한 빛은 패드(110)로 조사되고, 패드(110)에서 반사된 빛이 수광부(140)로 입사될 수 있다. 광원(150)은 어두운 환경에서도 패드(110)의 색 검출이 잘 되도록 한다.

이 경우, 센서(400)의 프로세서(170)는 패드(110)의 색 검출이 필요한 경우에만 광원(150)을 제어하여 빛을 발생하도록 할 수 있다.

광원(150)은 도 11에 도시된 것과 같이 패드(110) 상부에 배치될 수 있으나, 이 위치에 반드시 한정되는 것은 아니고, 패드(110)의 위치를 고려하여 적절한 위치에 배치될 수 잇다.

한편, 도 11에선 광원(150)이 구조물(160) 상에 배치되어 있고, 이 구조물(160)은 광원(150)의 지지체 역할을 할 뿐만 아니라 패드(110)를 보호하는 역할도 할 수 있다. 패드(110)는 검출 대상과 접촉해야 하므로, 구조물(160)은 패드(110)를 완전히 감싸진 않는 형태일 수 있다. 또는, 구조물(160)은 패드를 감싸도록 형성되되, 검출 대상은 통과시킬 수 있는 물질로 구성될 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상술한 본 개시에 따른 센서 및 센서와 통신하는 전자 장치를 포함하는 센싱 시스템이 제공된다.

구체적으로, 센싱 시스템은 "이온화된 지시 염료와 '이온성 액체를 구성하는 양이온과 음이온 중 상기 이온화된 지시 염료와 반대 극성을 갖는 이온'"으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 용액에 침지 후 건조된 패드를 포함하고, 상기 패드의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 센서의 통신부를 통해 외부 전자 장치로 전송하는 센서와, 상기 센서로부터 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 센싱 데이터에 대응되는 동작을 수행하는 전자 장치를 포함한다.

이 경우, 상기 전자 장치는 전자 장치에 구비된 통신부를 통해 상기 센서로부터 센싱 데이터를 수신할 수 있고, 수신한 센싱 데이터를 분석하여 센서에서 센싱된 대상 물질의 종류 및 농도 중 적어도 하나를 결정할 수 있다. 또는, 센서 자체적으로 센싱된 대상 물질의 종류, 농도 등을 판단하여, 판단 결과를 전자 장치로 전송하는 것도 가능하다.

전자 장치는 센서에서 센싱된 대상 물질의 종류 및 농도 중 적어도 하나에 대응하는 동작을 수행할 수 있다.

한편, 센싱 시스템의 전자 장치는, 센서에서 센싱된 대상 물질의 종류, 농도 등에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다. 전자 장치는 디스플레이부를 통해 상기 대상 물질의 종류, 농도에 따른 공기 오염도 정보, 유해 가스 정보, 수질 오염도 정보, 질병 진단 정보, 음식물 상태 정보, 재난 상황 알림 정보 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 다만 이러한 예들에 한정되는 것은 아니고, 전자 장치는 센서로부터 측정 가능한 정보들로부터 유추 가능한 다른 정보들도 제공할 수 있다. 센서가 배치된 위치에 따라, 그리고 전자 장치의 종류에 따라, 센서로부터 수신된 센싱 데이터는 다양하게 활용될 수 있다. 예컨대, 센서는 오염물질을 필터링하는 필터에 인접하여 배치될 수 있고, 전자 장치가 디스플레이부를 포함한 경우, 전자 장치는 센서로부터 수신된 센싱 데이터에 에 기초하여 상기 필터의 오염 정도에 대한 정보를 상기 디스플레이부를 통해 표시할 수 있다. 도 12는 이러한 센싱 시스템의 일 예를 설명하기 위한 것이다.

도 12를 참고하면, 공기 청정기(20)의 내부에 도 11에서 상술한 센서(400)가 배치될 수 있다. 빛이 잘 통하지 않는 제품 내부에 배치되므로, 광원(150)이 있는 센서(400)가 적절하나, 경우에 따라서는 광원이 없는 도 10의 센서(300)가 이용될 수도 있다.

구체적으로, 센서(400)는 공기 청정기(20)의 필터 입구에 장착되어 필터를 오염시키는 물질을 센싱할 수 있다. 그리고 센서(400)는 센싱 데이터를 센서(400)의 통신부를 통해 디스플레이를 포함한 전자 장치(10)로 전송할 수 있다.

전자 장치(10)는 수신된 센싱 데이터를 분석하여 센싱 결과를 표시할 수 있다. 구체적으로, 센서(400)의 패드(110)에 대응하는 이미지와, 검출 대상의 이미지를 보여주는 영역(1210)과, 패드(110)의 색상에 대응되는 농도를 확인해볼 수 있는 색상 가이드(1220)와, 검출 대상의 농도 및 부가 정보를 보여주는 영역(1230)을 포함하는 UI 화면이 전자 장치(10)에서 표시될 수 있다. 도 12에 도시된 것과 같이 전자 장치(10)에서 표시되는 UI는 필터 교체시기 알람을 포함할 수 있으며, 사용자는 UI를 통해 필터를 구매할 수 있는 사이트로 바로 이동할 수 있다. 이 밖에도, 전자 장치(10)에서 표시될 수 있는 UI는 사용자가 취해야 하는 행동의 가이드를 포함할 수 있다. 예컨대, 환기, 기기 청소 등에 대한 가이드가 UI에 포함될 수 있다. 공기 청정기(20)뿐만 아니라, 에어컨, 청소기 등과 같이 제품 내부의 오염도 또는 공기 질의 판단이 필요가 있는 제품에 본 개시의 센서(400)가 배치될 수 있다. 그리고 센서(400)는 패드(110)의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 센서(400)의 통신부를 통해 전자 장치(10)로 전송할 수 있고, 전자 장치(10)는 수신된 센싱 데이터에 따라 공기 오염도 정보, 유해 가스 정보, 화재 가스와 연관된 재난 상황 알림 정보 등을 표시할 수 있다.또 다른 실시 예에 따르면, 센서(400)의 센싱 결과에 따라 자동으로 공기 청정기(20)의 동작이 제어될 수 있다. 예컨대, 공기 청정기(20)는 필터부와 필터부에 외부 공기를 제어하는 팬 및 센서(400)와 통신하기 위한 통신부를 포함하고, 센서(400)로부터 센싱 결과가 수신되면, 수신된 센싱 결과에 기초하여 공기 중의 오염 물질의 농도를 판단하여 팬 속도 또는 팬 구동 시간 등을 조절할 수 있다. 한편, 공기 청정기(20)와 센서(400)는 별개의 장치로 구현될 수도 있고, 경우에 따라서는 하나의 장치로 구현될 수도 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 센서(400)는 로봇 청소기(미도시)의 동작을 제어할 수도 있다. 예컨대, 센서(400)는 로봇 청소기에 배치되어, 로봇 청소기가 흡입하면 바람직하지 않은 물질(예컨대 강아지 변)을 감지하면, 사용자에게 이를 알림할 수 있다. 구체적으로, 로봇 청소기에 배치된 센서(400)는 외부 전자 장치로 센싱 데이터를 전송할 수 있고, 전자 장치는 수신한 센싱 데이터에 기초하여 알림 메시지를 전자 장치에 구비된 디스플레이를 통해 표시할 수 있다. 또는, 로봇 청소기 자체적으로 디스플레이를 구비할 수 있고, 이 경우, 알림 메시지는 로봇 청소기의 디스플레이를 통해 표시될 수 있다. 또한, 로봇 청소기에 배치된 센서(400)는 로봇 청소기의 주변 물질을 센싱할 수 있고, 주변에 강아지 변 등과 같은 물질이 있는 것으로 감지되면 로봇 청소기가 그쪽으로 이동하지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 상기와 같은 센서(400)는 수질 오염 측정이 필요한 곳, 예컨대 수영장 등에 배치되어, 전자 장치(10)로 대상물질의 농도에 대응하는 센싱 데이터를 전송하여, 전자 장치(10)에선 수질 오염도 정보를 표시하거나, 더 나아가, 수질 오염을 해소하기 위해 필요한 행동 등에 대한 정보를 표시할 수 있다. 또는, 상기와 같은 센서(400)는 사용자 휴대 건강 관리 기기로 구현되어 특정 질병과 연관된 사용자 생체 가스 등을 검출할 수 있고, 검출된 가스의 농도에 대응하는 센싱 데이터를 전자 장치(10)로 전송하여, 전자 장치(10)는 수신한 센싱 데이터에 기초하여 질병 진단 정보를 표시할 수도 있다.

한편, 도 12에선 센서(400)와 통신하는 전자 장치(10)가 스마트폰인 것으로 설명하였으나, 이 뿐만 아니라, 웨어러블 디바이스, 냉장고, 세탁기, 청소기, 공기 청정기, 에어컨, 가습기 등 다양한 전자 장치가 센서(400)와 통신하여, 센싱 결과에 따른 제어 동작을 수행할 수 있다. 다만, 본 개시가 상술한 전자 장치들에만 한정되는 것은 아니다.

상기 실시 예들에서 설명한 것처럼 본 개시의 센서는 다양한 가전제품의 관리에 사용될 수 있다. 가전제품의 구매 시기와는 관계없이, 사용자 환경(예컨대, 주변 오염 정도), 사용자 습관(예컨대, 사용 시간 또는 강도)에 따라 다양하게 나타나는 가전제품의 상태(예컨대 필터 오염 정도)를 본 개시의 센서를 통해 판단할 수 있으므로, 보다 적절한 가전제품 관리가 가능하게 된다.

사용자는 센서의 패드를 육안으로 확인하여 검출 대상의 농도를 확인할 수도 있지만, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 센서의 패드 색상을 분석하여 검출 대상에 대한 정보를 제공할 수 있는 전자 장치가 제공된다. 도 13은 이러한 전자 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 13을 참고하면, 전자 장치(10')는 카메라 기능이 있는 스마트폰과 같은 장치일 수 있다.

전자 장치(10')는 본 개시의 센서의 패드를 촬영하여, 패드의 색상을 식별하고, 색상에 대응하는 농도 정보를 전자 장치(10')의 디스플레이를 통해 제공할 수 있는 장치이다.

구체적으로, 전자 장치(10')는 촬영된 패드 이미지를 보여주는 영역(1310)과, 패드(110)의 색상에 대응되는 농도를 확인해볼 수 있는 색상 가이드(1320)와, 검출 대상의 농도 및 부가 정보를 보여주는 영역(1330)을 포함하는 UI 화면을 표시할 수 있다.

이 경우, 전자 장치(10')에는, 패드 색상과 농도에 대한 매칭 테이블이 기 저장되어 있어, 상술한 것과 같은 정보를 제공할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면 전자 장치(10')는, 포함하고 있는 이온화된 지시 염료가 서로 다른 복수의 패드를 분석할 수 있다. 이 경우, 패드에는 QR 코드 등과 같이, 패드에 포함되어 있는 지시 염료의 정보를 나타낼 수 있는 식별 마크가 프린팅 되어 있을 수 있다. 전자 장치(10')는 패드를 촬영할 때, 패드에 프린팅되어 있는 식별 마크를 인식하여, 패드에 포함된 지시 염료를 파악하고, 그에 기초하여 패드의 색상에 대응하는 농도를 결정할 수 있다.

본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 전자 장치(10')는 패드가 부착된 환경에 따라 적절한 정보를 제공하여 줄 수 있다. 예컨대 도 13에 도시된 것처럼 패드가 공기 청정기에 부착되어 있는 것임을 인식하여 이와 관련한 정보를 제공하여 줄 수 있다.

이를 위해, 전자 장치(10')는 패드를 촬영하기 전에 사용자로부터 어떤 곳에 있는 패드를 촬영할 것인지를 선택하게 하는 UI를 제공할 수 있다. 또는, 앞서 설명한 패드에 포함된 식별 마크는, 패드가 부착되어 있는 곳에 대한 정보도 포함할 수 있다. 따라서, 전자 장치(10')는 이 식별 마크를 촬영함으로써 패드가 부착되어 있는 곳을 인식할 수 있다. 또는 앞서 설명한 바와 같이 본 개시의 센서에 포함된 통신부는 NFC와 같은 근거리 통신을 지원하며, 전자 장치(10')가 센서의 패드를 촬영하기 위해 근접하면, 센서는 센서가 배치된 환경에 대한 정보를 근거리 통신을 통해 전자 장치(10')로 전송할 수도 있다.

한편, 전자 장치(10')는 상술한 것과 같은 UI를 통해 검출 대상의 농도에 대한 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 증강 현실(Augmented Reality)로 그러한 정보를 제공할 수도 있다.

도 14는 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치(10')의 증강 현실을 통한 정보 제공 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참고하면, 전자 장치(10')는 방 안에 부착되어 있는 본 개시에 따른, 색변화로 대상 물질을 검출하기 위한 센서(1400)를 촬영하여 색상을 인식할 수 있고, 인식된 색상에 기초하여, 검출된 대상의 종류 및 농도에 대한 정보를 증강 현실로 제공할 수 있다.

예컨대, 센서(1400)가 인체에 유해한 가스에 대응하여 색변화를 나타내는 센서이고, 전자 장치(10')는 카메라 기능을 구동하여 센서(1400)를 촬영하고, 센서(1400)의 색상을 분석하여 현재 공간에 존재하는 가스의 종류 및 농도를 결정하고, 도 14에 도시된 것처럼 그 가스의 종류 및 농도를 표현하는 UI 요소(1410)를 표시할 수 있다. 일 예에 따르면 UI 요소(1410)는 마치 가스 분자처럼 떠다니는 애니메이션 효과로 표시될 수 있다. 또한, 전자 장치(10')는 사용자가 취해야 하는 행동에 대한 정보(1420)도 함께 제공하여 줄 수 있다.

상기 도 14에 도시된 것과 같이 본 개시의 센서는 방안에 배치될 수 있고, 또한 사무실, 작업장, 매장, 호텔, 병원, 학교, 자동차, 현관문 등의 다양한 공간에 배치되어 다양한 물질을 검출하는데 사용할 수 있다. 예컨대 본 개시에 따른 센서는 자일렌, 포름알데히드 (HCHO), 에틸벤젠, 벤젠 (C₆H₆), 톨루엔 (C₆H₅CH₃), 아세톤 (C₃H₆O), 사이클로 헥산, 에탄올, 메탄올 등과 같은 휘발성 유기화합물을 검출하는데 사용될 수 있다. 자일렌, 포름알데히드, 에틸벤젠 등의 물질은 새집 증후군을 유발시키는 물질이기도 하다. 그리고 벤젠은 차량 냉방, 요리, 일회용 용기, 주유소(휘발유) 등에서 발생될 수 있는 유해 물질로서, 백혈병, 빈혈 등을 유발할 수 있다. 그리고 메탄올은 눈과 호흡기에 자극, 졸음 유발, 현기증, 태아 또는 생식능력 손상, 소화기계와 중추신경계 손상　　　　　　을 일으킬 수 있는 물질이다.

또한 본 개시에 따른 센서는 미세먼지, 꽃가루, 곰팡이, 박테리아, 바이러스, 스모크(CO) 등과 같은 환경에서 발생한 오염물질을 검출하는데 사용될 수 있다. 또한 본 개시에 따른 센서는 니코틴, 담배연기 (CO), 비듬, 스모크 (요리), 이산화탄소 (CO₂) 등과 같은 생활 습관에 따른 결과물을 검출하는 데 사용될 수 있다.

도 15a 내지 도 15b는 본 개시의 센서와 통신하는 전자 장치에서 표시될 수 있는 UI 화면의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

전자 장치(10'')에는 센서의 센싱 데이터에 대응하는 패드 색상 정보, 센서의 센싱 데이터에 대응하는 행동 가이드 정보가 저장되어 있을 수 있고, 이와 같이 저장된 정보에 기초하여 다양한 UI 화면을 표시할 수 있다.

도 15a 내지 도 15b를 참고하면, 전자 장치(10'')는 디스플레이부를 통해 센서의 패드 색상별로 사용자가 취해야 하는 행동에 대한 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 도 15a를 참고하면, 전자 장치(10'')는 센서로부터 수신된 센싱 데이터에 기초하여, 센싱 데이터에 대응하는 색상을 가진 센서의 패드 이미지(1510)를 표시할 수 있으며, 센싱 데이터가 나타내는 대상 물질의 종류 및 농도에서 수행되어야 할 행동에 대한 가이드 정보로서, 창문 열기 가이드 이미지(1520) 및 환기 가이드 이미지(1530)를 표시할 수 있다.

센서의 패드 색상이 다르다면, 다른 행동 가이드가 제공될 수 있다. 도 15b를 참고하면, 전자 장치(10'')는 센서로부터 수신된 센싱 데이터에 기초하여, 센싱 데이터에 대응하는 색상을 가진 센서의 패드 이미지(1540)와, 센싱 데이터가 나타내는 대상 물질의 종류 및 농도에서 수행되어야 할 행동에 대한 가이드 정보로서, 창문 열기 가이드 이미지(1550) 및 로봇 청소기 가동 가이드 이미지(1560)를 표시할 수 있다.

상기 실시 예에선 행동 가이드 정보가 정지 영상 형태로 제공되는 것을 도시하였으나, 동영상 형태로 제공되는 것도 가능하며, 텍스트 정보와 함께 제공되는 것도 가능하다. 본 실시 예에 따르면, 사용자는 센서가 감지한 환경에서 어떤 행동을 취해야 하는지 좀 더 쉽게 이해할 수 있게 된다.

도 16은 본 개시에 따른, 대상물질과 반응하면 색상이 변화하는 조성물의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 16을 참고하면, 세탁기(1600)는 세탁물 투입구를 개폐하기 위한 도어(1610)를 포함한다.

도어(1610) 안쪽 면에서 세탁수(또는 헹굼수)와 직접 접촉되는 영역에, 상술한 본 개시에 따른 색상 변화 조성물이 코팅될 수 있다. 상술하였듯이, 본 개시의 조성물은 친유성 성질이므로 세탁수와 직접 접촉하더라도 녹지 않는다.

도어(1610)는 투명한 재질로서, 안쪽 면에 코팅된 조성물의 색변화를 바깥쪽에서 관찰할 수 있다.

코팅된 조성물은, 세탁수 내의 세제 농도를 검출하기 위한 지시 염료를 포함한다. 따라서, 코팅된 조성물의 색상 변화를 통해, 현재 세탁수 내에 세제가 얼마나 포함되어 있는지를 파악할 수 있다. 세탁수 내에 세제가 거의 포함되지 않을 때까지 헹궈내는 것이 바람직하므로, 사용자는 코팅된 조성물의 색 변화를 보고 얼마나 더 헹궈내야 하는지를 파악할 수 있게 된다.

본 실시 예에 따르면, 사용자는 도어(1610)의 색 변화를 통해 세탁 상황을 파악할 수 있으므로, 세탁 강도, 세제 투입 여부, 헹굼 등에 대한 결정을 할 수 있다.

한편, 도 11에서 설명한 센서(400)가 세탁기(1600)에 배치되어, 세탁기 내부의 오염도 또는 헹굼수의 pH 등을 모니터링하고, 모니터링 결과를 스마트폰과 같은 전자 장치에 전송할 수 있다. 이 경우 전자 장치에선 세탁기 청소가 필요함을 알리는 정보나, 세탁 진행 상황에 대한 정보가 표시될 수 있다. 또는 세탁기(1600)는 센서(400)의 센싱 결과에 따라 세탁기의 동작을 자동으로 제어할 수 있다. 예컨대, 세탁기(1600)는 센서(400)에서 감지된 헹굼수의 pH가 8 이상인 경우, 헹굼 동작을 추가 수행하도록 제어할 수 있다.

상기 헹굼수와 관련한 실시 예에서 설명한 것뿐만 아니라, 본 개시의 센서는 물의 특성, 즉 pH, 경도를 측정할 수 있으며 물에 포함된 무기물, 유기물, 박테리아, 바이러스(병원균)을 검출하는데도 사용될 수 있다. 또한 본 개시의 센서는 다양한 환경의 물, 예컨대, 지하수, 하수, 폐수, 어항(수족관 등 정화처리), 수영장(약품처리) 등에서도 활용될 수 있다.

도 17은 본 개시의 또 다른 실시 예에 따른, 색상 변화로 대상 물질의 농도를 측정하기 위한 센서의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 17을 참고하면, 냉장고(1700) 내에는 도 10 또는 도 11에서 설명한 센서들이 포함될 수 있다. 구체적으로, 센서들은 음식 용기마다에 부착되어, 음식으로부터 발생하는 가스에 따라 색상이 변하게 된다. 예컨대, 각각의 센서들은 음식이 상할 때 발생하는 가스를 검출하거나, 음식이 발효될 때 발생하는 가스를 검출할 수 있다. 또한, 음식마다 특유의 가스가 발생하므로, 센서들은 음식 용기에 어떤 음식이 들어있는지도 감지할 수 있다. 또한, 본 개시의 센서는 곰팡이, 미생물 가스 등의 농도에 대응하여 색변화 할 수 있고, 이를 통해 음식의 신선도를 알 수 있다.

그리고 각각의 센서들은 용기에 들어 있는 음식에 대한 정보, 음식의 상한 정보, 음식의 발효 정도, 음식의 신선도 정도 등에 관한 정보를 센서의 통신부를 통해 냉장고(1700)로 제공하여 줄 수 있고, 냉장고(1700)의 디스플레이부(1710)에서 그와 같은 정보가 표시될 수 있다. 예컨대, 도 17에 도시한 것처럼, 냉장고(1700)의 첫번째 칸에 있는 고기가 상하였다는 정보(1710a), 및 두번째 칸에 있는 김치가 잘 익었다는 것을 알려주는 정보(1710b)가 디스플레이부(1710)를 통해 표시될 수 있다. 또 다른 예로, 특정 칸의 센서를 통해 음식의 신선도가 낮은 것으로 판단된 경우, 디스플레이부(1710)에선 온도 조정이 필요함을 알리는 메시지 혹은 냉동실로 음식물을 이동하라는 메시지 등이 표시될 수도 있다.

또한, 디스플레이부(1710)에선 센서를 통해 감지된 음식의 신선도에 기반하여 요리 재료를 추천하는 정보가 표시될 수도 있다. 또한, 냉장고(1700)는 사용자의 건강 정보를 저장할 수 있고, 이러한 정보와 센서에서 측정된 데이터에 기초하여 식단 관리가 가능하다.

본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 개시의 센서를 의료 분야 또는 헬스 케어 분야에도 이용할 수 있다. 예컨대, 센서는 체내 가스 측정을 통해 당뇨, 심장병, 폐질환 등의 간단한 질병의 진단에 이용될 수 있다. 또한, 본 개시의 센서는 알코올 측정에 사용되어 음주 측정기로서 구현될 수 있고, 구취 또는 체취를 모니터링하는 센서로서 구현될 수도 있다.

구체적인 예로, 본 개시의 센서는 혈액 내 특정 물질을 감지하는 데 이용될 수 있다. 예컨대, 본 개시의 센서는 혈액 내 혈당의 농도를 측정하여 당뇨병을 진단하는데 사용될 수 있고, 콜레스테롤 (총량, LDL, HDL)을 측정하여 심질환을 예방하는데 사용될 수 있고, 암 표지자 (CEA, AFP, CA19-9, CA-125, CA15-3, PSA)를 검출하여 암을 진단하는데 사용될 수 있고, 간수치를 측정하여 간 질환을 진단하는데 이용될 수 있고, 폐수치를 측정하여 폐질환을 측정하는데 이용될 수 있으며, 나트륨을 측정하여 고혈압을 진단하는데 이용될 수 있고, 중성 지방 (Triglycerides)을 측정하여 비만, 고지혈, 심장병을 진단하는데 사용될 수 있고, 칼륨을 측정하여 신장병을 진단하는데 이용될 수 있고, 요산을 측정하여 통풍을 진단하는데 사용될 수 있고, 칼슘수용단백질 (Troponon I)을 측정하여 심근경색을 진단하는데 사용될 수 있고, CRP (c-reactive protein)를 측정할 수 있으며, NT-proBNP을 측정하여 심부전 중증도 알아보는데 이용될 수 있다. NT-proBNP는 심장 기능 또는 기능장애가 있을수록 높은 수치로 나타난다. 또한 본 개시의 센서는 혈액 내 크레아티닌 키나아제 (CK-MB)를 측정하여 급성심근경색을 조기 진단하는데 사용될 수 있다.

또한 본 개시의 센서는 혈액 내 다양한 호르몬, 예컨대 스트레스와 연관된 호르몬인 Cotisol를 측정하는데 사용될 수 있고, 남성형 탈모와 연관된 호르몬인 Dihydrotestosterone을 측정하는데 사용될 수 있고, 혈중 칼슘 농도 조절과 연관된 부갑상선호르몬 (Parathyroid hormone)을 측정하는데 사용될 수 있고, 생식기능과 성 역할 (sexual functioning) 에 있어서 영향을 미치며 뼈와 같은 다른 기관에도 영향을 미쳐 갱년기 여성을 확인할 수 있는 여성호르몬 (Estradiol, Progesterone)을 측정하는데 사용될 수 있으며, 남성호르몬 (Testosterone) 또는 성장호르몬 (Growth hormone)을 측정하는데 사용될 수도 있다.

또한, 본 개시의 센서는 혈액 내 나트룸, 비타민, 혈청단백질 (Albumin) 등을 측정하여 영양상태 혹은 식습관을 분석하는데 사용될 수 있으며, 에탄올을 측정하여 음주 지수를 측정하는데 사용될 수 있고, 비타민 C를 측정하여 항 산화력을 측정하는데 사용할 수 있고, 빈혈 방지 및 DNA 합성에 관여하는 엽산 (Vitamin B9)을 측정하는데 사용될 수도 있다.

또한, 본 개시의 센서는 혈액뿐만 아니라 기타 체액 내 물질을 검출하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 땀의 젖산 또는 pH를 측정하는데 사용될 수 있고, 땀 내의 칼륨 농도를 측정하는데 사용될 수 있으며, 눈물 내의 혈당을 측정하거나 눈물의 pH를 측정하는데 사용될 수 있고, 소변 내의 혈당, 케톤, 혈액, 백혈구 등을 측정하거나 소변의 pH를 측정하는데 사용될 수 있다.

또한 본 개시의 센서는 날숨 내의 다양한 성분을 측정하는데 사용될 수 있다. 예컨대, 날숨 내의 일산화 질소(NO), 펜탄(Pentane), 에탄(Ethane), 알데히드(Aldehyde), 일산화 탄소(CO), 이산화 탄소(CO₂), 아세톤, 케톤, 알칸(Alkanes), 수소, 산소, 아산화 질소(N₂O), 암모니아(NH₃) 등을 측정하는데 사용할 수 있다.

날숨 내의 일산화 질소, 펜탄, 에탄은 천식(Asthma)과 연관된 것이며, 에탄올, 알데히드는 음주 또는 숙취와 연관된 것이고, 일산화 탄소는 흡연과 연관된 것이며, 이산화 탄소의 존재는 호흡 여부를 판단하는데 이용될 수 있다. 또한, 날숨 내 아세톤 또는 케톤은 당뇨(Diabetes)와 연관된 것이고, 알칸(Alkanes)은 심장병과 연관된 것이며, 날숨 내 수소는 포도당 흡수 장애와 연관된 것이고, 수술할 때 날숨 내의 이산화탄소, 산소, 아산화 질소의 농도는 마취 정도와 연관된 것이며, 암모니아는 신장병과 연관된 것이고, 일산화탄소는 공기 오염과 연관된다.

또한, 본 개시의 센서는 사용자에게 특이적으로 알레르기를 유발하는 물질을 검출하는데 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 다양한 검출 대상을 측정하는데 본 개시의 센서가 이용될 수 있고, 센서에서 센싱된 결과는 다양한 전자 장치를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 예컨대, 센서를 통해 특정 질병이 진단되었으면, 센서의 센싱 결과는 웨어러블 기기에서 진단된 질병에 적절한 운동에 대한 정보로서 사용자에게 제공될 수 있다.

또한, 본 개시의 센서는 자동 창문, 청소기, 공기 청정기, 에어컨, 가습기 등의 전자장치와 통신하여 센싱 결과에 따라 상기와 같은 전자 장치를 제어할 수 있다. 예컨대 센서는 창문 환기, 에어컨 온도 조절, 가습기 습도 조절, 오염도에 따른 공기청정기 작동 등의 제어 동작이 가능하다. 또한 본 개시의 센서는 스마트 약통, 스마트 컵 등과 같은 전자 장치와 통신하여 복약 가이드(예컨대, 복약 시기 알림, 복약 시 수분 섭취량 알림 등)를 위한 정보 등이 상기 장치에서 제공되도록 제어할 수 있다.

상술한 다양한 실시 예에 따른 지시 염료를 이용한 센서는 저가이고, 수분에 강하여 물로 세척하여 재사용 가능하며, 검출 대상 물질에 민감하게 반응할 수 있고, 또한 간단한 구조를 가져 다양한 제품에 적용할 수 있다. 예컨대 본 개시의 센서는 사용자 휴대 물품에 구비되어, 사용자가 있는 곳의 유해 가스 농도, 사용자의 생체 가스의 농도 등을 측정하는 데 사용될 수 있다. 구체적인 예로, 장갑, 밴드, 목걸이, 팔찌, 반지, 헤어 밴드, 이어폰, 귀걸이, 의류 등에 본 개시의 센서가 구비될 수 있다.

한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 센서의 제어방법은 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory readable medium) 에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 판독 가능 매체는 다양한 장치에 탑재되어 사용될 수 있다. 예컨대, 본 개시에 따른 조성물을 포함하는 패드로부터 반사된 빛을 포토 다이오드 등을 통해 수광하여, 상기 패드의 색상에 대응하는 대상 물질의 농도를 결정하는 단계를 포함하는 센서의 제어 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 비일시적 판독가능 기록매체가 제공될 수 있다.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 방법을 수행하기 위한 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.

또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

Claims (20)

1. 색상 변화로 대상물질의 농도를 측정하기 위한 센서에 있어서,
   통신부;
   저장부;
   이온화된 지시 염료의 양이온 및 이온성 액체의 음이온으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 패드;
   상기 패드에 광을 조사하는 광원;
   상기 패드에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부;
   상기 광원을 지지하고 보호하는 구조물; 및
   상기 광원에 의해 조사된 광 및 상기 수광부에 의해 수신된 광에 기초하여 상기 패드의 색상에 대응되는 센싱 데이터를 획득하고,
   상기 센싱 데이터 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기초하여 상기 패드의 색상에 대응되는 대상 물질의 농도 및 상기 패드의 색상에 대응되는 상기 대상 물질의 종류를 결정하는 프로세서; 를 포함하고,
   상기 저장부에 저장된 정보는 상기 패드의 색상과 상기 대상 물질의 농도 사이의 상관 관계에 관한 정보 및 상기 패드에 포함된 상기 지시 염료의 종류에 대한 정보이고,
   상기 수광부는 복수의 포토다이오드 및 상이한 컬러 필터들을 포함하고,
   상기 복수의 포토다이오드들 중 하나의 포토다이오드는 상기 상이한 컬러 필터들 중 하나의 컬러 필터에 의해 필터링된 색상의 광을 수신하며,
   상기 프로세서는,
   외부 장치가 사용자 인터페이스(user interface, UI)를 표시하도록, 상기 패드의 색상에 대응되는 상기 센싱 데이터, 상기 패드에 포함된 지시 염료에 대한 정보, 상기 대상 물질의 종류에 대한 정보 및 상기 대상 물질의 농도에 대한 정보를 상기 외부 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하며,
   상기 광원은 상기 패드의 상부에 배치되고,
   상기 수광부는 상기 패드의 하부에 배치되고, 상기 광을 수신하기 위한 지지부재에 의해 둘러싸이며,
   상기 구조물은 상기 패드를 완전히 덮고, 상기 대상 물질이 상기 패드를 통과할 수 있는 물질로 형성되고,
   상기 UI는 상기 패드에 대응되는 이미지, 상기 대상 물질의 이미지에 대응되는 영역, 상기 패드의 상기 색상에 대응되는 상기 대상 물질의 상기 농도를 나타내는 색상 가이드, 사용자가 수행해야 할 동작에 관한 사용자 가이드 및 상기 대상 물질의 상기 농도 및 상기 대상 물질의 종류를 증강 현실로 나타내는 증강 현실 정보를 포함하고,
   상기 증강 현실 정보는 상기 대상 물질을 나타내는 기체 분자가 상기 UI 상에 떠다니는 애니메이션 효과에 기초하여 표시되며,
   상기 프로세서는,
   상기 외부 장치 및 상기 센서 사이의 거리가 임계 거리 미만이 되면, 상기 센서가 배치된 환경에 대한 정보를 상기 외부 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재 및 상기 패드는,
   세척용 물과 직접 접촉 가능하도록 배치된 센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 이온화된 지시 염료는,
   클로로페놀레드(Chlorophenol red), 브로모크레졸 그린 (Bromocresol Green), 브로모페놀 블루(Bromophenol Blue), 브로모티몰 블루(Bromothymol blue), 크레졸 레드(Cresol red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 메틸레드(Methyl red), 페놀레드(Phenol red), 페놀프탈레인(Phenolphthalein), 및 티몰블루(Thymol blue) 중 적어도 하나가 이온화된 것인 센서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이온성 액체는,
   이미다졸륨(Imidazolium)계 염, 포스포늄(Phosphonium)계 염, 피롤리디늄(Pyrrolidinium)계 염, 피페리디늄(piperidinium)계 염, 플루오로보레이트(fluoroborate)계 염, 플루오로포스페이트(fluorophosphate)계 염, 비스(플루오로설포닐)이미드(bis(fluorosulfonyl)imide)계 염, 및 비스(플루오로설포닐)아미드(bis(fluorosufonyl)amide)계 염 중 적어도 하나에서 선택된 센서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 패드는,
   섬유, 세라믹, 페이퍼, 및 폴리머 중 적어도 하나로 구성되는, 센서.
6. 제1항에 있어서,
   상기 지지부재의 일 면에 접착성 물질이 도포된, 센서.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 센싱 시스템에 있어서,
    패드의 색상에 대응하는 센싱 데이터를 전자 장치로 전송하는 센서; 및
    상기 센서로부터 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 센싱 데이터에 대응하는 동작을 수행하는 전자 장치;를 포함하고,
    상기 센서는,
    통신부;
    저장부;
    이온화된 지시 염료의 양이온 및 이온성 액체의 음이온으로 이루어지는 이온성 물질을 포함하는 패드;
    상기 패드에 광을 조사하는 광원;
    상기 패드에 의해 반사되는 광을 수광하는 수광부;
    상기 광원을 지지하고 보호하는 구조물; 및
    상기 광원에 의해 조사된 광 및 상기 수광부에 의해 수신된 광에 기초하여 상기 패드의 색상에 대응되는 센싱 데이터를 획득하고,
    상기 센싱 데이터 및 상기 저장부에 저장된 정보에 기초하여 상기 패드의 색상에 대응되는 대상 물질의 농도 및 상기 패드의 색상에 대응되는 상기 대상 물질의 종류를 결정하는 프로세서; 를 포함하고,
    상기 저장부에 저장된 정보는 상기 패드의 색상과 상기 대상 물질의 농도 사이의 상관 관계에 관한 정보 및 상기 패드에 포함된 상기 지시 염료의 종류에 대한 정보이고,
    상기 수광부는 복수의 포토다이오드 및 상이한 컬러 필터들을 포함하고,
    상기 복수의 포토다이오드들 중 하나의 포토다이오드는 상기 상이한 컬러 필터들 중 하나의 컬러 필터에 의해 필터링된 색상의 광을 수신하며,
    상기 프로세서는,
    전자 장치가 사용자 인터페이스(user interface, UI)를 표시하도록, 상기 패드의 색상에 대응되는 상기 센싱 데이터, 상기 패드에 포함된 지시 염료에 대한 정보, 상기 대상 물질의 종류에 대한 정보 및 상기 대상 물질의 농도에 대한 정보를 상기 전자 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하며,
    상기 광원은 상기 패드의 상부에 배치되고,
    상기 수광부는 상기 패드의 하부에 배치되고, 상기 광을 수신하기 위한 지지부재에 의해 둘러싸이며,
    상기 구조물은 상기 패드를 완전히 덮고, 상기 대상 물질이 상기 패드를 통과할 수 있는 물질로 형성되고,
    상기 UI는 상기 패드에 대응되는 이미지, 상기 대상 물질의 이미지에 대응되는 영역, 상기 패드의 상기 색상에 대응되는 상기 대상 물질의 상기 농도를 나타내는 색상 가이드, 사용자가 수행해야 할 동작에 관한 사용자 가이드 및 상기 대상 물질의 상기 농도 및 상기 대상 물질의 종류를 증강 현실로 나타내는 증강 현실 정보를 포함하고,
    상기 증강 현실 정보는 상기 대상 물질을 나타내는 기체 분자가 상기 UI 상에 떠다니는 애니메이션 효과에 기초하여 표시되며,
    상기 프로세서는,
    상기 전자 장치 및 상기 센서 사이의 거리가 임계 거리 미만이 되면, 상기 센서가 배치된 환경에 대한 정보를 상기 전자 장치로 전송하도록 상기 통신부를 제어하는 센싱 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 전자 장치는,
    상기 수신된 센싱 데이터에 기초하여 상기 센서에서 센싱된 물질의 농도에 관한 정보를 표시하는 디스플레이부;를 포함하는 센싱 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 센싱 데이터에 기초하여 상기 센서에서 센싱된 물질의 농도에 따른 공기 오염도 정보, 유해 가스 정보, 수질 오염도 정보, 질병 진단 정보, 음식물 상태 정보, 재난 상황 알림 정보 중 적어도 하나를 표시하는 센싱 시스템.
13. 삭제
14. 제10항에 있어서,
    상기 전자 장치는,
    스마트폰, 웨어러블 디바이스, 냉장고, 세탁기, 청소기, 공기 청정기, 에어컨 또는 가습기인, 센싱 시스템.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제

Images