초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 물리적 기상 증착 방법 중 하나인 thermal evaporation (열 기상 증착) 공정을 수 Torr 정도의 압력에서 실행할 때, 핵 형성과 입자 성장 조절을 통해 금속 나노 기공 구조를 형성하는 기술을 개발하고, 해당 나노 구조 형성의 원리를 이해하는 것을 목적으로 함. 이를 바탕으로 화학 센서로 사용될 수 있는 대면적, 고민감도, 저비용 Surface-enhanced Raman spectroscopy용 기판을 개발하고, 적절한 열처리를 통해 형성된 금속산화물 기공 구조를 활용하여 반도체식 가스

□ 연구개요
본 연구는 물리적 기상 증착 방법 중 하나인 thermal evaporation (열 기상 증착) 공정을 수 Torr 정도의 압력에서 실행할 때, 핵 형성과 입자 성장 조절을 통해 금속 나노 기공 구조를 형성하는 기술을 개발하고, 해당 나노 구조 형성의 원리를 이해하는 것을 목적으로 함. 이를 바탕으로 화학 센서로 사용될 수 있는 대면적, 고민감도, 저비용 Surface-enhanced Raman spectroscopy용 기판을 개발하고, 적절한 열처리를 통해 형성된 금속산화물 기공 구조를 활용하여 반도체식 가스 센서를 개발하며, 나아가 장시간 작동 가능한 고성능의 이산화탄소 환원 촉매 전극을 개발하는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 고압 열 기상 증착 방법을 이용한 금속 나노 기공 구조 제조 방법 정립 및 핵 형성과 입자 성장 제어를 통한 나노 기공 구조 형성 원리 이해.
- 상당한 기공률을 가지는 금속 나노 기공 구조 제조 성공.
- 여러 가지 공정 변수 중 공정 압력이 기공 구조의 morphology를 조절하는 핵심인자임을 밝힘.

2) 고압 열 기상 증착 방법을 통해 형성된 Au, Ag의 나노 가공 구조를 이용하여 고성능 화학센서로 사용 가능한 SERS 기판 개발.
- 5 cm x 5 cm 이상 크기에 대하여 전면적에 걸쳐 ppm 수준을 검출할 수 있으며, 상용 SERS 기판을 상회하는 enhancement factor를 가지는 SERS 기판 개발 성공.
- Cu 등 다른 비귀금속계 저비용 금속을 이용한 SERS 기판 제조 기술 확보.

3) 산화 공정을 통한 반도체성 산화물 나노 기공 구조 제조 기술 개발.
- Sn, Cu 등에 해당 기술을 적용하여 형성된 나노 기공 구조에 적절한 열처리 공정을 도입함으로써 SnO, SnO_x, CuO, Cu₂O 등의 기공률이 높은 금속산화물 나노 기공 구조 형성 성공.
- 환원성, 산화성 두 기체 모두에 대해서 sub-ppm 수준의 민감도 달성.

4) Cu 나노 기공 구조를 활용한 이산화탄소 환원 촉매 전극 개발
- 본 연구에서 제안한 기술로 형성된 Cu 나노 구조를 활용하여 CO₂ --> C₂H₄ 전환 효율 40% 이상, 8시간 이상 안정적으로 작동하는 촉매 전극 개발 성공.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 습식 방법이 아닌 건식 방법, 그 중에서도 진공을 이용하면서도 금속 및 금속 산화물의 기공 구조를 제조할 수 있는 핵심 기술을 개발하였으며, 이는 통상적으로 받아들여지고 있는 진공 공정에 대한 역발상을 통해 획득된 기술이라는 점에서 학문적 가치가 있음.
- 본 연구 결과를 이용하면 상용 SERS 기판 대비 경제성, 기능성 측면에서 비교 우위에 있는 SERS 기판을 국산화 할 수 있음.
- 분자 검출 화학 센서, 반도체식 가스 센서 뿐만 아니라 (광)전기화학적 촉매 전극에 이르기까지 기공 구조가 필요한 매우 다양한 분야에 적용될 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 목표 ... 4
• 1.2 연구 가설 ... 4
• 1.3 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1 핵 형성 및 입자 성장 제어를 통해 금속 나노 기공 구조 제조 기술 정립. ... 5
• 2.2 고성능 저비용 Surface-enhanced Raman Spectroscopy 기판 개발 ... 7
• 2.3 금속 나노기공 구조를 활용한 금속산화물 나노 기공 구조 및 반도체식 가스 센서 개발 ... 9
• 2.4 Cu 나노 기공 구조를 활용한 이산화탄소 환원 전기화학 촉매 전극 개발 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 19