보고서 정보
주관연구기관 |
한국생산기술연구원 Korea Institute of Industrial Technology |
연구책임자 |
임동하
|
참여연구자 |
문형석
,
문건대
,
한혁수
,
정영규
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2018-11 |
과제시작연도 |
2018 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201900013797 |
과제고유번호 |
1711079344 |
사업명 |
한국생산기술연구원연구운영비지원(주요사업비) |
DB 구축일자 |
2019-09-07
|
키워드 |
수소.나노구조.원자층박막.촉매.천연가스.수소생산.수소센서.HEMT 소자.감지물질.합성.Hydrogen.Nano structure.Porous material.Atomic layer deposition.Catalyst.Natural gas.Hydrogen production.Hydrogen sensor.HEMT device.Sensing material.Catalyst.Synthesis.
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초록
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연구내용
○ 고기능성 표면증착기술을 활용한 고효율 수소제조용 촉매 개발
- 다공성 구조 촉매 지지체 및 수소제조용 촉매 합성 최적화
- 다공성 나노구조체 촉매 성능평가 및 특성분석
- 고기능성 나노촉매 증착공정 최적화
○ 수소감지 스마트 세라믹 센서 개발
- 100 ppm 이하의 감지 능력을 갖는 고감도 및 고내구성 AlGaN/GaN HEMT 기반 수소센서 소자 개발 및 양산화 기술 개발
- 귀금속 대체용 고감도 수소감지 물질 개발을 통한 HEMT 수소센서의 가격 경쟁력 강화
연구개
연구내용
○ 고기능성 표면증착기술을 활용한 고효율 수소제조용 촉매 개발
- 다공성 구조 촉매 지지체 및 수소제조용 촉매 합성 최적화
- 다공성 나노구조체 촉매 성능평가 및 특성분석
- 고기능성 나노촉매 증착공정 최적화
○ 수소감지 스마트 세라믹 센서 개발
- 100 ppm 이하의 감지 능력을 갖는 고감도 및 고내구성 AlGaN/GaN HEMT 기반 수소센서 소자 개발 및 양산화 기술 개발
- 귀금속 대체용 고감도 수소감지 물질 개발을 통한 HEMT 수소센서의 가격 경쟁력 강화
연구개발 성과
○ 정성적 성과
- 수소제조용 다공성 나노구조 지지체의 고효율, 저비용 합성기술 개발
․ 기존 sol-gel 합성법 대비, solid-state 합성법 개발로 합성시간 대폭 감소 (66%) 및 제조비용 감소 (1kg 다공성 지지체 제조 시, 약 600만원 비용 절감)
․ 메조기공(8~16 nm) 및 매크로기공(100~700 nm)의 크기조절 가능
․ 기존 대비 8 wt% 활성금속(Ni) 소량 사용으로도 메탄전환율 93% @ 750 ℃ 확보
: 기존 활성금속 함량 (12wt.%) 대비 제조원가 20% 이상 감소 효과
․ 열적소결 및 탄소침적 저감효과로 인한 장기안정성 100시간 이상 확보
: 인이 첨가된 지지체 기반 Ni 수소개질촉매의 탄소침젂율 20% 이상 감소
: 개발된 3D 다공성 지지체와 활성금속간 화학적 결합 강화로 열적안정성 강화
․ 파우더원자층박막증착을 이용한 수소제조용 촉매 제작 요소기술 확보
: 파우더원자층증착 cycle 조절을 통한 nonodat 크기, 두께, 균일도 조절 가능
3차원 이중 다공성 나노구조 지지체 SEM 및 TEM 이미지 수소제조용 다목적 촉매 성능평가 장비 및 메탄 전환율 원자층박막증착에 의한 확성금속 코팅두께 균일도
- 수소감지 스마트 세라믹 센서 개발
․ HEMT 기반 수소센서 특성 평가 시스템 구축
․ 귀금속 기반 나노구조체 감지 물질 개발
․ 스프레이 코팅을 이용한 감지 물질 HEMT 소자내 기술 개발
․ 귀금속 감지 물질 기반 HEMT 소자 수소 감지 특성 평가
○ 정량적 성과
<수상> 우수구두발표상 [2018년 춘계 한국 공업화학회]
<논문> (논문 9건, IF 상위 20% 이내 8건)
- Observation of Anisotropic Growth and Compositional Discontinuity in AlGaN Electron-Blocking Layers on GaN Microrods, Crystal Growth & Design, IF 4.055, 상위 15.38%
- An Intriguing Pea-Like Nanostructure of Cobalt Phosphide on Molybdenum Carbide Incorporated Nitro-Doped Carbon Nanosheets for Efficient Electrochemical Water Splitting, IF=7.411, 상위 20%
- Electrochemically Activated Cobalt Nickel Sulfide for Efficient Oxygen Evolution Reaction: Partial Amorphization and Phase Control, Journal of Materials Chemistry A, IF= 9.931 상위 10%
- Self-Templated Prussian Blue Analogue for Efficient and Robust Electrochemical Water Oxidation, Journal of Catalysis F= 6.92 상위 20%
- Ultrathin silver telluride nanowire films and gold nanosheet electrodes for a flexible resistive switching device, Nanoscale, 10, 5424 (2018), IF= 7.233, 상위 20%
- Dimensional and compositional change of 1D chalcogen nanostructures leading to tunable localized surface plasmon resonances, Nanotechnology, 29, 345603 (2018), IF= 3.404, 상위20%
- Water-Erasable Memory Device for Security Applications Prepared by the Atomic Layer Deposition of GeO2, CHEMISTRY OF MATERIALS, 830, (2018), IF= 9.446, 상위 10%
- Improvement of strength and Impact Toughness for Cold-Worked Austenitic Stainless Steels Using a Surface-Cracking Technique, IF= 1.704, 상위20%
- The Correlation Between the Preferred Orientation and Al Distibution of Al-Doped HfO2 Films by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition, IF= 2.917
○ 기술스펙 달성 성과
기술적 우수성
○ 다공성 3D 이중 나노구조 알루미나 지지체를 이용한 고효율 수소제조용 촉매 제조
- 이중 기공크기 조절에 따른 고비표면적 3D 다공성 나노구조 지지체 합성기술 확보
: 메조기공(6~16 nm), 매크로기공(100~700 nm), (외부인증, 비표면적 > 244 m2/g)
- Solid-state method를 통한 수소촉매 지지체 제조 공정 최적화
: 합성시간 단축: 기존 합성법 대비 약 60% 이상 감소
- 이중 기공크기에 따른 CH4 mass transfer 향상의 의한 고활성 수소촉매 기술
: 활성금속(< 10 wt%) 촉매, 메탄전환율 > 90%, 장기안정성 > 100 hr 확보
- 인 첨가에 따른 탄소침적 저감, 지지체-활성금속간 화학적 결합에 의한 열화방지 등 촉매 비활성화 저감에 따른 장기안정성(내구성) 증대
○ 파우더원자층박막증착을 이용한 수소촉매 제조 원천기술 확보
- cycle 조절을 통한 nanodot 크기 조절, 촉매증착 공정시간 최소화
- 파우더 ALD 공정시간 최소화에 따른 촉매생산 제조공정 시간 최소화
○ AlGaN/GaN HEMT 소자 기반 수소감지 센서 제작 기술 확보
- 4인치 대면적 HEMT 고감도 수소감지 센서 개발 (100 ppm 이하)
- 내구성 향상으로 인한 센서 수명 획기적 증가 및 귀금속 감지물질 사용량 최소화
○ 귀금속 기반 나노구조 기반 감지물질 합성 기술
- 감지물질 크기 및 형상제어를 통한 고감도 수소센싱 특성 확보
- 고비표면적 귀금속 소재 합성 응용기술 확보를 통한 귀금속 사용량 저감
○ 귀감지소재 HEMT 소자 게이트 담지 기술
- 귀금속 감지물질의 HEMT 게이트로의 습식, 건식 담지기술 개발
- 코팅 공정 최적화를 통한 고감도 센싱 특성 확보
- 나노구조 기반 감지물질 및 HEMT 소자 간 integration 응용기술 확보
성과활용 계획
○ 다공성 3차원 나노구조 지지체의 다양한 산업분야 응용 가능
- 대기정화, 석유화학, 신재생에너지 등 에너지환경 촉매, 흡착제, 가스분리 및 저장, 화장품 및 의약품 원료 등 다양한 나노소재 산업으로 활용 가능
○ 파우더 원자층박막증착을 이용한 다양한 촉매 및 다양한 산업군 적용
- 금속나노입자를 제작할 수 있는 공정을 확보하여 다양한 촉매산업에 적용 가능
- 전자, 에너지, 디스플레이, 광학, 의료산업 등 시장 확장 가능
○ AlGaN/GaN 에피박막 성장 및 HEMT 소자 제조기술
- 우수한 에피특성을 가지는 센서용 AlGaN/GaN HEMT 플랫폼 환경 구축
(출처 : 요약서 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 기관주요사업 연구보고서 ... 3
- 연구요약 ... 4
- 목차 ... 7
- 제 1 장 개 요 ... 8
- 제 1 절 연구개발 목표 ... 8
- 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 9
- 제 3 절 당해연도 연구개발 범위 ... 10
- 제 2 장 연구수행 내용 및 결과 ... 13
- 제 1 절 연구개발 추진 체계 ... 13
- 제 2 절 당해연도 연구개발 결과 ... 15
- 제 3 절 당해연도 연구개발 결과 ... 30
- 제 3 장 연구성과 활용 시나리오 ... 32
- 제 1 절 연구성과 활용 시나리오 ... 32
- 제 4 장 3차년도 사업추진계획 ... 35
- 제 1 절 3차년도 사업추진 내용 ... 35
- 제 2 절 차년도 사업추진 일정 ... 40
- 제 3 절 3차년도 세부 성능지표(Spec) ... 40
- 제 5 장 참고문헌 ... 43
- 끝페이지 ... 45
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