K-카본 첨단소재 기술개발 동향과 주요 산업별 나노융합 R&D 분석 (양장본 Hardcover)

K-카본 첨단소재 기술개발 동향과 주요 산업별 나노융합 R&D 분석 (양장본 Hardcover)

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Description
본서의 특징

탄소소재는 초경량, 고강도, 온도변화에 대한 형상 안정성 등 우수한 물성을 바탕으로 항공기, 인공위성 발사체, 탐사선 동체 등의 핵심 소재로 사용된다. 국내 탄소소재 역량은 일본, 미국, 독일에 이어 4위 수준으로, 대표적 소재인 탄소섬유는 2013년 세계 3번째로 양산에 성공하는 등 선진국 대비 80%의 기술력을 보유하고 있는 것으로 평가된다. 그러나 우주항공용 초고강도 탄소섬유나 발사체 노즐용 인조흑연 등은 선진국에서 대부분 수입하고 있는 상황이다. 그간 정부는 탄소복합재 경쟁력 강화전략 등 예비타당성 조사를 추진해왔고, 탄소소재 경쟁력을 강화하는 K-카본(Carbon) 플래그십 기술개발 사업의 시행을 최종 확정했다. 이는 탄소소재 사용이 많은 이동수단, 에너지·환경, 생활관리, 방산·우주, 건설 등 5대 분야에서 융·복합 기술을 개발하는 사업으로, 국내 탄소소재 산업을 새로운 성장 동력으로 육성하는 것을 목표로 2024년부터 2028년까지 1047억원이 투입된다.

나노 기술이 적용된 가장 대표적인 산업분야인 반도체는 삼성전자와 TSMC 같은 글로벌 기업들이 나노미터 단위에서 반도체 생산 경쟁을 벌이고 있다. 최근, 주요 2차전지 업체들이 충전 시간 단축과 에너지밀도 개선을 위해 차세대 전기차용 2차전지에 실리콘 음극재 적용을 본격화하면서 나노 신소재의 탄소나노튜브(CNT)도전재 수요도 덩달아 늘어나고 있다. 제약·바이오 분야에서도 리보핵산(mRNA) 백신 제조에 나노 기술이 쓰이고 있으며 또한, 나노 센서는 바이오, 환경 등의 분야에 신호 검출을 위한 센서로 활용되는 추세이다. 글로벌 나노센서 시장은 2021년 7억 1050만달러 규모에서 2027년 13억 7560만달러로 연평균 11.7% 성장이 예상되고 있다. 이에 정부는 올해 `22년 2,363억 원에서 약 6.3% 증액된 총 2,511억원이 나노ㆍ소재기술개발사업에 투입될 예정이라고 밝혔다.

이에 본원 R&D정보센터에서는 미래 먹거리 산업인 탄소/나노 핵심소재의 경쟁력을 강화하고 R&D지원과 인프라 구축에 도움이 되고자 관련 기관들의 분석 정보자료를 토대로 「K-카본 첨단소재 기술개발 동향과 주요 산업별 나노융합 R&D 분석」을 발간하였다.Ⅰ편에서는 K-카본(Carbon) 플래그십 R&D 현황과 탄소/탄소복합재/탄소-나노소재/인조흑연/활성탄소 등의 물성과 소재개발 연구를 다루었고, Ⅱ편에서는 나노기술·소재개발 R&D 동향을 소개하였으며 나노융합/에너지 저장·변환/나노바이오 분야의 소재개발 현황과 적용사례를 수록하였다. 본서가 학계·연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.

2023. 3.
저자

지식산업정보원 R&D정보센터

목차

제Ⅰ편 K-카본(Carbon) 플래그십 R&D 현황
제 1장 탄소/탄소복합재료 개발과 항공·모빌리티 적용연구
1. 탄소복합재 경쟁력 강화 전략
1) 탄소복합재 중요성과 추진 배경
(1) 탄소복합재 개념 및 중요성
가. 개념 및 활용
나. 경제적 함의
다. 안보적 함의
(2) 추진 배경
2) 글로벌 탄소복합재 동향
(1) 시장
(2) 기술
가. 탄소섬유 소재의 기술개발 동향
나. 저가 탄소섬유 기술개발 동향
다. 고성능 탄소섬유 기술개발 동향
(3) 기업
가. 세계 탄소섬유 주요 기업 동향
나. 국내 탄소섬유 주요 기업 동향
(4) 정책
3) 국내 탄소복합재 경쟁력
(1) 내수
(2) 기술
(3) 기업
(4) 정책
4) 정책적 시사점
5) 탄소복합재 경쟁력 강화 전략
(1) 고성능 탄소복합재의 기술 자립화
가. 고성능 탄소섬유의 핵심기술 확보
나. 중간재 및 부품 공정기술 고도화
다. 저가형 탄소섬유의 요소기술 개발
(2) 세계 정상급 기업으로 성장 지원
가. 생산라인 신증설 투자를 전방위 지원
나. 국산 탄소복합재의 글로벌 신뢰성 제고
다. 제조공정의 디지털 트윈 구축 및 확산
(3) 탄소복합재 활용 촉진으로 내수 확대
가. 우주항공 분야 3대 실증 프로젝트 추진
나. 한국판 탄소복합재 랩팩토리 구축
다. 폐탄소복합재의 재활용 생태계 조성
2. 탄소/탄소복합 소재 기술개발과 활용연구
1) 고성능/저가형 탄소섬유 제조를 위한 최신 연구
(1) 고성능 탄소섬유제조 위한 폴리아크릴로니트릴기반 공중합 고분자합성 및 전구체섬유방사
가. 연구 목적
나. 실험
A) 재료
B) 실험방법
다. 결과 및 고찰
A) MAA 주입시간에 따른 공중합체 합성결과
B) AIBN농도에 따른 공중합체 합성결과
C) 공중합체를 이용한 전구체 섬유방사 결과
라. 결론
(2) 저가형 탄소섬유개발을 위한 자외선조사 기반 의류용 PAN섬유의 연속식 안정화 공정개발
가. 연구 목적
나. 실험 방법
A) 물질
B) PAN의 UV 조사
C) PAN 열적 안정화 과정 및 탄소화 과정
D) 특성 분석
다. 결과 및 고찰
라. 결론
2) 탄소나노튜브 섬유 이용 복합소재 최신 연구
(1) 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브 사용에 따른 고분자 복합체의 물성연구
가. 연구 목적
나. 실험 방법
A) 재료
B) CNT/TPU 복합체제작과정
C) 분산도 및 기계적, 전기적 물성측정
다. 결과 및 고찰
라. 결론
(2) 다공성 탄소나노튜브 섬유를 이용한 차세대 복합소재 연구
가. 연구 목적
나. 실험 방법
A) CNT섬유 및 필름 제조
B) 복합소재 제조 공정
C) 특성 분석
다. 결과 및 디스커션
A) VaRTM 기반 CNT섬유 복합소재 제조
B) Hot press 기반 CNT섬유 복합소재 제조
C) 텐션이 보조된 hot press 기반 CNT섬유 복합소재 제조
D) 수지 희석을 통한 복합소재 내 섬유 비율 향상
E) Foam-assisted hot press 기반 CNT섬유 복합소재 제조
라. 결론
3. 초고온 탄소/탄소 복합재 소재기술 동향
1) 초고온 탄소/탄소 복합재 소재 기술
(1) 정의 및 분류
(2) 항공우주 분야
가. 우주선 열차폐 시스템
나. 항공기 엔진 부품
다. 항공기 브레이크
(3) 육상 교통수단 분야
(4) 일반 산업분야
가. 내식 구조재
나. 내화 구조물
다. 유리산업
라. 열관리 재료
(5) 에너지 및 생체재료
2) 중요 기술(Key Technology)
(1) 프리폼(preform) 제조 기술
(2) 밀도화 공정 기술
가. CVI(Chemical Vapor Infiltration)
나. 액상 피치 주입공정
(3) 내산화 코팅 기술
3) 극한환경 소재기술 관점에서 기술의 중요성
4) 탄소/탄소 복합재 연구개발 동향
(1) 프리폼 제조기술
가. 국내 동향
나. 해외 동향
(2) 밀도화 공정 기술
가. 국내 동향
나. 해외 동향
(3) 초고온 코팅 기술
가. 국내 동향
나. 해외 동향
5) 국내외 선도기관
6) 산업 및 시장 동향
(1) 국내 동향
가. 시장규모 및 전망
나. 기업 현황
(2) 해외 동향
가. 시장규모 및 전망
나. 기업 현황
(3) 국내외 선도기업
4. 수소모빌리티를 위한 탄소소재 개발동향
1) 수소저장용기 탄소섬유 주요동향
(1) 정의
(2) 기술 및 구성요소별 분류
(3) 수소 모빌리티용 수소저장 용기 시장동향
가. 시장의 개요
나. 관련 정책 및 제도
다. 시장 동향
A) 시장 규모 및 전망
(4) 기술 개발 동향
가. 연구 동향
나. 기술 개발 이슈
다. 생태계 기술 동향
A) 해외 플레이어 동향
B) 국내 플레이어 동향
(5) 주요 플레이어 특허 동향
가. 해외 플레이어 특허 동향
A) 연도별 출원동향
B) 국가별 출원동향(건수)
나. 국내 플레이어 특허 동향
A) 연도별 출원동향
B) 국가별 출원동향(건수)
2) 수소 저장 적용을 위한 기능화된 카본 나노 튜브 복합체 연구
(1) 연구 배경
(2) 실험 방법
가. 재료
나. CNT/에폭시 복합체의 제조과정
다. CNT/에폭시 복합체의 물리적 특성 측정
라. CNT의 라만 특성 측정
마. CNT/에폭시 복합체의 전기적 특성 측정
(3) 결과 및 고찰
(4) 결론
3) 국내, 탄소복합재 적용 제작 선박 실증 착수
(1) 사업 개요
(2) 실증 주요내용

제 2장 탄소/탄소-나노 기반 최첨단 소재특성과 연구개발
1. 탄소소재 적용 전자파 차폐 기술동향과 산업현황
1) 전자파 차폐
(1) 전자파 차폐소재 원리
(2) 전자파 차폐소재 요구특성
(3) 전자파 차폐용 탄소소재
2) 탄소소재 전자파 차폐 산업 시장동향
(1) 국외 동향
(2) 국내 동향
3) 탄소소재 기반 차폐소재 제조공정
4) 탄소소재 전자파 차폐 기술동향
(1) 국내외 주요 기술개발 현황
(2) 탄소 복합재 기반 전자파 차폐 및 고방열 일체형 필름 연구동향
가. 연구 목적
나. 그래핀 복합재 필름
다. 그라파이트 복합재 필름
라. 결론
2. 탄소나노튜브 기반 전기화학촉매 소재연구 및 에너지 저장 기술동향
1) 탄소나노튜브 절개공정을 활용한 전기화학촉매 소재
(1) 연구 배경
(2) 탄소나노튜브 절개공정(Unzipping of Carbon Nanotubes)
(3) 탄소나노튜브 절개공정의 개발 배경
(4) 탄소나노튜브 절개공정의 종류
(5) 도펀트를 활용한 정밀한 탄소나노튜브 절개공정
(6) 탄소나노튜브의 절개반응 메커니즘
(7) 절개된 탄소나노튜브의 전기화학 응용
가. 절개된 탄소나노튜브에 결착된 금속촉매 연구
나. 아연-공기전지의 캐소드 응용 연구
(8) 결론
2) 탄소나노튜브 기반 에너지 저장 기술동향
(1) 탄소나노튜브 기반 에너지 저장 기술 배경
(2) 탄소나노튜브 기반 에너지 저장 기술
가. 고에너지 밀도 배터리용 CNT
나. 매스리스 배터리용 CNT
(3) 고에너지 밀도 배터리용 CNT 도전재 동향
가. 기술 동향
A) CNT 소재 기술 동향
B) CNT 도전재 적용 배터리 기술 동향
나. 산업 동향
(4) 매스리스 배터리용 CNT 섬유 개발동향
가. 기술 동향
A) CNT 섬유 개발 기술동향
B) 매스리스 배터리 및 에너지 소자용 CNT 섬유 개발 기술동향
나. 산업 동향
3. 탄소나노튜브/그래핀 기반 최첨단소재 개발가능성 연구동향
1) 전자소재용 고열전도성 그래핀/알루미늄 복합재 제조기술
(1) 연구 배경
(2) 가교 결합을 이용한 자기조립 AI-GO 복합소재 제조 공정
(3) 이온 결합을 이용한 자기조립 AI-GO 복합소재 제조 공정
(4) 소결체 제조 및 물성 분석
(5) 결론
2) 탄소나노튜브 기반의 유연 열전소재와 유연 열전소자 연구 동향
(1) 연구 배경
(2) 단일벽 탄소나노튜브 기반의 열전소재와 열전소자
가. 열전소재로서 단일벽 탄소나노튜브의 특징
나. 탄소나노튜브 필름을 적용한 유연 열전소자
다. 탄소나노튜브 파이버를 적용한 유연 열전소자
라. 탄소나노튜브 도우를 적용한 형태 가변형 열전소자
마. 탄소나노튜브/무기소재 하이브리드 열전소재를 적용한 유연 열전소자
(3) 결론
3) 2차원 탄소나노 구조를 가진 그래핀 소재의 바이오센서 및 태양전지 응용연구
(1) 연구 배경
(2) Biosensor 및 태양전지 응용을 위한 그래핀 소재의 요구조건
(3) 그래핀 소재를 이용한 태양전지 및 바이오센서의 응용 연구사례
(4) 결론
4) 탄소 물질 기반의 피부 모사형 다기능 유연 센서의 연구 동향
(1) 연구 배경
(2) 여러 자극을 감지하는 유연 센서
(3) 자가 치유 기능을 갖는 유연 센서
(4) 생체적합성과 생분해성을 갖는 유연 센서
(5) 결론 및 전망
5) 그래핀 템플릿을 이용한 유기반도체 박막의 반데르발스 에피택시 연구
(1) 연구 배경
(2) 그래핀 템플릿에서 π-공액 유기 분자의 반데르발스 에피택시
가. 그래핀 템플릿을 이용한 π-공액 유기반도체 분자의 배향 제어
나. 그래핀 표면 잔존물이 유기