Two different fabrication approaches for bromocresol green (BCG) incorporated polyacrylonitrile (PAN) nanofiber, i.e., drop-casting and blending methods, were investigated for chromatic sensing of ammonia gas with high sensitivity and responsivity. Interestingly, we found that the difference in the dye incorporation process resulted in different responsive behavior when the nanofiber mats were exposed to ammonia gas. The mat prepared by drop-casting of dye solution to pristine PAN nanofiber mat responded rapidly upon immediate exposure to ammonia gas, and the response time was found to be dependent on the concentration of citric acid which is an additive for control of responsivity. For the blending method, however, complete reversibility was attainable, which could not be observed from the dye-incorporated mat by the drop-casting method. The studies on the different chromatic change behavior will offer a significant means towards effective and efficient sensory platform by color changes upon exposure to specific gases.

본 연구에서는 암모니아 기체 센싱이 가능한 polyacrylonitrile 기반 나노섬유를 제작하기 위한 bromocresol green 염료의 나노섬유 담지 방법에 대하여 고찰하였다. 나노섬유 표면에 염료를 직접 도포하는 방법(도포법)과 고분자 용액 제조 시 염료를 혼합하여 용액을 제조하는 방법(혼합법)을 적용하여 나노섬유를 제작하였고, 각각의 제조법으로 제작한 나노섬유가 암모니아 기체에 노출되었을 때 나타나는 색채 변화 거동을 관찰하였다. 도포법의 경우 암모니아 기체에 노출 시 수 초 가량의 응답 시간의 즉각적인 반응을 보여주었고, 함께 도포된 시트르산의 함량에 따라 초기 응답 속도와 가역성에 차이가 발생하였다. 그러나 혼합법의 경우 도포법에서 구현되지 못한 완벽한 가역성을 보여주었다. 본 연구가 제시하는 암모니아 비색 센서 제작에 따른 응답 거동 특성을 통해 추후 개발되는 염료 담지 비색 센서 제작에 대한 방향성을 제시할 수 있을 것이다.

Keywords: nanofiber, gas sensing, electrospinning, polyacrylonitrile, chromatic detection