회의록: 보론 도핑 다이아몬드(CVD) 연구 진행 상황 및 대형 설비 도입 계획

개요

• 본 회의는 보론 도핑 다이아몬드(BDD) 박막 성장 및 특성 제어, 대형 CVD 설비 도입 계획, 분석 및 전기화학 평가 방법, 향후 연구 방향 및 산학 협력 관련 논의를 포함한다. 대형 기계 도입 일정과 실험 설계, 분석 방법의 구체적 이슈들이 다뤄졌다.

참여자 및 역할

• Anke(주최/프로젝트 조정)
• Janina(박사과정 중; 7월 말 종료 예정; 발표 및 실험 제안)
• Maciej(실험 설계 및 CVD 공정 책임)
• Oulant(에티오피아 출신 연구원; 협업 및 분석 자문)
• Radim Beranek(Ulm 무기화학 연구소; 광전류 셀 추천)
• Natasha Kern(분석 부서; HPLC/분석 도구 개발 협의)
• Thomas Lange(분석 및 크로마토그래피 전문가)
• Mulato(연구 담당; 차후 실험 확장 담당)
• Bernardo(CRC 협력; CO2 환원 및 촉매 연구)
• Johannes(연구 협력 및 장비/공정 관련 자문)
• Michael Minas(광전류/감지기 관련 협의)
• Janina의 연구 그룹 및 발표 참가자들

주요 결정 사항

• 대형 CVD 설비
  • 입찰 공고 기한: 7월 31일까지 연장
  • 선정 방식: 선호 업체 우선 검토 및 제안 수렴
  • 납품 시점: 선정 후 3개월 내 납품
  • 운영 목표: 연말까지 4인치 기판 가능, 서로 다른 보론 함량으로 성장
  • 기대 효과: 더 높은 재료 생산량, 다양한 보론 함량의 분산 코팅 가능, 더 두꺼운 박막 제조 가능
• 안전 및 설비 디자인
  • 현재 장비 대비 안전성 개선: 쿼츠 튜브의 파손 위험 감소, “clamshell” 구조의 전면 stainless steel 설계 채택
  • 장비의 연속 가동: 야간 운전 가능성 확보(현장 위험성 개선)
• 촉매 및 전극 재료
  • Gold flower 촉매는 계면 불안정 및 질소 불순물 이슈로 향후 사용 보류
  • Lithium manganese 촉매를 주요 비교 대상로 유지
  • 가스 확산 전극(GDE)으로 acetylene black 기반 GDE의 사용 확대
  • 흐름-통과(flow-through) 구성으로 가스 공급 효율 개선 및 수율 증가 가능성 탐색
• 분석 및 측정 방법
  • 암모니아 분석: pH가 2인 산성 전해질에서 CO2와 NH3 간의 간섭 제거를 위한 프로토콜 고도화
  • 질소 환원 반응(NRR) 연구에서 NOx 제거 및 필터링의 중요성 재확인
  • 암모니아의 기체상 검출: UV-감지기 기반의 기체상 암모니아 검출 가능성 탐색
  • Photocurrent 셀 도입: 광전류를 직접 측정하여 전자 방출 여부 확인 및 수율 개선 원인 규명
  • 데이터 해석: 15N 동위원소 표지 실험의 중요성 재확인 및 출판용 분석 프로토콜 확립
• 분석 및 재료 개발 일정
  • 4인치 대형 기판에서의 보론 함량 다양성 확보를 위한 실험 설계 확장
  • 다층 코팅의 SP2/SP3 구성 제어를 위한 성장 파라미터(메탄 농도, 가스 유량, 기판 온도) 최적화
  • 기존 commercial 대안과 자가 생산 BDD 간의 비교 평가를 통한 차이점 분석
• 협력 및 출판 전략
  • CRC(협동연구센터) 연계 참여 및 관련 워크숍 참여
  • CO2 환원 연구에서 분석 도구의 방법론 논문 협업 가능성 탐색
  • Carbon 저널 등 영향력 높은 저널에의 공개를 목표로 한 연구 구성
• 실험 설계의 우선순위
  • 두 가지 제안: (1) 흐름-통과 구성에서 Diamond-coated GDE 재현성 확보, (2) Porous Titanium 기반의 GDE 확장 가능성 평가
  • 포용적 연구를 통해 포집 가능한 9–16개의 샘플 동시 코팅/실험 가능성 확보
  • 비가역적 손실 최소화를 위한 ink-잉크 코팅 방식 최적화 및 overspray 감소 전략 수립

실무 담당 및 향후 action items

• 대형 CVD 설비 도입
  • 책임: 발표자 및 구매/조달팀
  • 기한: 7월 31일까지 입찰 수렴, 3개월 이내 납품 목표
  • 산출물: 최종 공급사 선정 및 계약 체결
• 분말 및 박막 생산 확대
  • 책임: Maciej/생산팀
  • 산출물: 두꺼운 박막 및 다양한 보론 함량의 PDP(파우더) 확보
• Janina 발표 및 실험 보완
  • 책임: Janina
  • 산출물: Photocurrent 셀 주문 및 설치 계획, 광전류 측정 실험 설계
  • 기한: 즉시 착수, 향후 1–2개월 내 시운전 목표
• 분석 장비 및 방법 보완
  • Photocurrent 셀 공급업체 선정 및 의뢰
  • UV 감지기 기반 암모니아 검출 연구: Michael Minas와 협의 및 파일럿 테스트
  • 15N 동위원소 측정 및 검증 프로토콜 확립
  • 스크류형 기준전극(일본) 구매 의뢰 및 도입
• CO2 환원 및 분석 방법 개선
  • 분석 도구(LC/HPLC 등) 개선 및 한계치 확대
  • 암모니아 측정의 GC-MS 유도 분석 검토 및 관련 논문 수집
• GDE 설계 및 제조 효율화
  • Overspray 최소화 및 GDE 코팅 재현성 향상 방법 연구
  • 3×3 GDE 배열을 활용한 코팅 효율 증가 아이디어 검토
  • Ink 기반 코팅 대신 드롭캐스팅 우선 시도 및 비교 실험
• Porous Titanium 기반 CBD 성장 연구
  • 포러스 티타늄의 공정 조건(완충, 침투, 세척) 최적화
  • Wall-코팅 전략 및 표면 개질 방법 시험
• 연구 일정 및 인력 운영
  • Janina의 대학원 등록 및 공식 절차 진행
  • CRC 연계 워크숍 및 국제 강연 참여 준비
  • 다가오는 하계 휴가 일정 조정 및 연구 방향의 중복 방지
• 커뮤니케이션 및 관리
  • 팀 간 정기 회의 강화 및 업무 공지의 재발 방지
  • 중간 결과 공유를 위한 문서화 강화

Discussion Points(주요 논의 주제)

• 대형 CVD 설비의 안전성 개선 및 연속 운전 가능성에 대한 우려와 기대
• 실험 설계에서의 흐름형(flow-through) 대 흐름-대형 구성(flow-by) 간의 성능 차이
• 15N 동위원소 표지의 publication 전략 및 오염 관리(암모니아, NOx 등)
• 기초 분석 도구의 개선과 용도별 적합성(광전류 셀, PHEMA 등) 검토
• 프로토콜의 재현성 확보를 위한 제어 실험 설계(Argon vs Nitrogen, NOx 측정, 기준 전극 등)
• 산업 협력의 지속 가능성 및 연구 자금 구조 변화에 따른 전략 조정
• PD/박사 과정의 연구 일정, 휴가 및 교류 협력의 조정 필요성

참고: Janina의 발표 내용은 암모니아 분석의 전해질 pH 의존성, NOx 제거 필요성, 광전류 셀 도입, UV 검출기 가능성, 15N 동위원소 표지의 출판 중요성 등을 포함한다. 또한 Gold 촉매의 한계, Li-mediated 프로세스의 위험성(프로틱 전해질에서의 리튬 염) 및 GDE 코팅 방법 개선에 대한 논의가 강조되었다.