CTAB-SnO₂/PEDOT:PSS 습도 센서 성능 향상

본 연구는 CTAB(세틸트리메틸암모늄 브로마이드) 변형 산화주석(SnO₂) 나노구조 박막과 PEDOT:PSS/SnO₂ 이종접합을 기반으로 고성능 저항형 습도 센서를 개발했습니다. SnO₂ 수열합성 시 CTAB 농도(0%, 6%, 11%, 16%, 20%)를 조절하여 결정 성장, 형태 및 표면적을 제어했습니다. 특히 20 wt% CTAB(SnO-5) 샘플은 꽃잎 모양의 적층형 나노구조를 나타내어 물 분자 흡착 및 전하 수송 경로를 크게 향상시켰습니다. XRD 분석 결과, CTAB 농도 증가에 따라 SnO₂의 정방정계 루틸상이 확인되었으며, 결정립 크기는 12.2 nm에서 4.8 nm로 감소했습니다. p형 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 SnO₂ 층 위에 스핀 코팅하여 p-n 이종접합을 형성함으로써 전하 분리를 개선하고 재결합을 줄여 전기 전도도와 센서 성능을 향상시켰습니다. 전기화학 임피던스 분광법 및 전류-전압 측정 결과, SnO-5는 낮은 내부 저항(1.1 kΩ), 최소 구동 전압(0.071 V), 높은 전류 응답(2.645 µA)을 보였습니다. 최적화된 SnO-5 센서는 5-97% RH의 넓은 습도 범위에서 85.7%의 높은 민감도, 14초의 빠른 응답 시간, 7초의 빠른 회복 시간 및 낮은 이력 현상(1.60%)을 달성하여 기존 습도 감지 플랫폼보다 우수한 성능을 보였습니다. CTAB 유도 나노구조화와 이종접합 엔지니어링의 시너지 효과는 수분 상호작용, 전하 이동성 및 구조적 안정성을 개선하는 데 중요한 역할을 했습니다.