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2013정보분석보고서

나노입자를 중심으로

나노융합신소재의산업시장

동향

유선희-내지 2013.06.18 12:7 PM 페이지1 001 PDF변환목록

나노융합 신소재의 산업시장 동향나노입자를 중심으로

2013년 5월 30일 인쇄

2013년 6월 1일 발행

발 행 인 | 박 서

지 은 이 | 유선희

펴 낸 곳 | 한국과학기술정보연구원 정보분석연구소

주 소 | (분원)서울특별시 동대문구 회기로 66

주 소 | (본원)대전광역시 유성구 대학로 245

전 화 | 02-3299-6054

팩 스 | 02-3299-6041

ISBN | 978-89-294-0293-8 93570

이 책은 저작권법에 따라 보호받는 저작물이므로 무단전재와 무단복제를 금지하며,이 책 내용의 전부 또는 일부를 이용하려면 반드시 저작권자와 한국과학기술정보연구원의서면동의를 받아야 합니다.

이 의 내용은 필자의 견해이며, 한국과학기술정보연구원의 공식적인 의견이 아님을 밝힘니다.


C O N T E N T S

PART 1 나노융합신소재란무엇일까? 05

PART 2 나노융합신소재제품개발은어떠한가? 15

PART 3 나노융합소재유형별시장규모는? 27

PART 4 주요응용분야별나노융합소재시장은? 45

PART 5 향후나노융합소재로펼쳐질미래는? 69



나노융합신소재란무엇일까?

PART 1

나노융합신소재의산업시장동향


나노기술에 관하여1)

나노nano 크기를 비교한다면, 인간은 미터 크기(m)의 세계에서 살

고 있다고 할 수 있는데, 1미터의 백분의 1인 1센티미터(cm)는 대

략 개미 크기이고, 바늘직경이 1 리미터(mm)정도 된다. 우리 몸에

관해서는 머리카락 굵기는 100 ㎛ 보다 작고(약 50 ㎛), 적혈구 크

기는 마이크로미터(㎛) 정도이다. 나노미터(nm)의 크기는 이것의 천

분의 1로서, DNA의 폭 정도 크기이며, 일반적으로 원자 3개 정도

의 크기라 할 수 있다.

즉 나노미터 크기는 인간 세상의 미터 크기의 10억분의 1(10-9)

을 나타내는 크기이며, 일반적으로 나노기술에서 다루고 있는 크기

는 대략 100나노(0.1 ㎛) 이하를 의미한다. 룩스 리서치Lux Research

에서는 나노기술에 대해“크기에 의존하는 특성과 기능을 얻기 위해

100 나노미터 이하의 규모에서 물질에 대한 우연이 아닌 의도적인

엔지니어링”으로 정의하기도 한다.

나노융합신소재의산업시장동향나노입자를중심으로

나노융합신소재란무엇일까?


다시말해, 나노기술nanotechnology은 물질을 나노미터 크기의 범주에

서 조작·분석하고 새롭게 되거나 나타내는 소재·소자 또는 시스템

을 창출하는 과학기술을 말한다. 물질을 제조 또는 합성하는데 있어

서 기존의 방법은 구성 성분인 조성을 변화시키거나 결정구조 등 물

질의 구조를 변형시키는 것이었다. 그 외의 방법으로도 새로운 물질

을 제조 또는 합성할 수 있는데 크기를 변화시키는 것이다. 따라서

나노기술은 크기를 변화시킴에 따라 새로운 특성의 새로운 물질을

탄생시킬 수 있다는 것이 주요 골자라 할 수 있다.

나노크기로 인해 발현되는 특징2)에 대해서는 다음과 같이 정리해

볼 수 있다.

양자현상 지배

조성변화 없이 크기로 전자/자기/광전자/광학 특성 조절

같은 부피, 같은 질량에 비해 표면적의 대폭적 증가

촉매/약물전달/에너지저장/복합재료

나노로봇이 혈관을 타고 이동하는 것 곤란

Gecko 도마뱀의 발바닥이 천장을 타고 이동할 수 있게 함

기계적 특성이 벌크(bulk) 구조와 반대

어닐링annealing에 의해 강도가 증가하고 변형에 의해 강도가 약해짐

생명체는 나노기계로 구성됨

자기 조합/세포내 인공부품

폐에서 헤모 로빈 분자의 O2 섭취 및 신진대사 시 O2 공급

0607

주1 http://www.nanokorea.net/

주2 이조원, “나노기반 융복합 소재의 R&D 현황, 발전 방향 및 사업화 추진전략”, 산업교육연구소 세미나자료,2013.4.


브라운 운동Brownian Motion이 지배

나노기어 및 나노로봇에 근본적인 제한 요소

액체에서는 관성보다 점성이 지배

나노로봇이 혈관을 타고 이동하는 것 곤란

또한, 나노기술의 특징은 기존의 기술 분야(물리, 화학, 재료, 전

자 등)들을 횡적으로 연결하는 등 학문간 경계가 없는 학제간interdisciplinary 연구 분야이고, 나노 구조물의 분석, 제어, 합성 등 전

과정을 나노 수준(100nm이하)에서 제어하는 높은 기술 집약도가

요구된다. 그리고 재료, 전자, 에너지, 우주항공, 의학 등 거의 모든

산업분야에 응용이 가능함에 따라 높은 경제적 파급성을 지니고 있

다. 게다가 초미세 상태에서 나노 구조체를 합성하여 에너지 효율의

극대화 및 효과적 오염제거 등으로 부산물 생성을 최소화할 수 있어

환경 및 자연 친화성이 높고, BT, IT, ET, ST, CT 등의 기반기술

로서 융합산업을 선도할 핵심기술이라 할 수 있다.


출처. www.nanokorea.net

그림 1-1 나노기술과타기술의상호관계


나노기술의 역사를 살펴보면, 1959년 미국의 물리학자 리차드

파인만이 미국 물리학회에서“나노세계의 가능성”강연에서 그 가능

성을 제시한 이후, 1982년 단일원자(분자)의 이미지를 얻을 수 있

는 주사형탐침현미경STM이 개발되고, 1985년에는 약 1 nm의 풀러

렌fullerene이, 1991년에는 탄소나노튜브Carbon Nano Tube(CNT)가 발견되었

으며, 2000년 1월에는 미국에서 국가나노기술계획National

Nanotechnology Initiative(NNI)를 발표하면서 현재는 미래산업을 주도할 수 있

는 첨단기술로 자리잡고 있다.

미국의 국가나노기술전략NNI 발표 이후 유럽, 일본 등 세계 각국

에서 국가적인 나노기술 종합계획을 수립하여 정부차원의 투자가 이

뤄지고 있는데, 우리나라도 2000년 9월에“테라급나노소자개발사

업단“이 발족하 고, 2001년 7월에“나노기술종합발전계획”을 수

립하 다. 나노기술종합발전계획은 연구개발, 연구기반, 인력 및 제

도 부문 등을 포괄하는 종합적인 국가나노기술연구개발전략으로

2015년 나노기술 세계 3대 강국 진입을 비전으로 제시하고 있다.

또한 나노기술개발촉진법을 2002년 12월에 공포하 는데, 이

법은 우리나라의 나노기술개발 정책의 효율적 추진 및 법적 근거 마

련을 위해 제정되었다. 이는 미국의 나노기술개발법(안)(‘03.12.3)

보다 1년 정도 앞서 제정된 것이다. 주요 내용은 나노기술종합발전

계획의 수립, 시행계획의 수립, 연구개발의 추진, 나노기술연구협의

회의 구성 및 운 , 연구시설 등의 확충, 연구개발의 실용화, 나노

기술전문연구소, 기술정보체계의 구축 및 나노기술 향평가 등으로

이루어져 있다.

0809


나노융합 기술이란

나노기술은 앞에서 언급한 바와 같이 신성장동력 창출의 원천 기

반기술로서 핵심적인 위치를 차지하며, 나노융합 기술은 이러한 나

노 기술을 기존 기술에 접목하여 기존 제품의 성능을 개선·혁신하

거나 전혀 새로운 나노기능에 의존하는 제품을 창출하는 기술을 의

미하게 된다.

즉, 나노융합 기술은 나노융합 산업3)으로 표현하는 것이 더 적절

할 수 있는데, 나노융합 산업이라 함은 마이크로미터(㎛) 수준의 기

술을 대체하여 모든 산업에 혁신을 유발하는 고부가가치 산업으로

서, 전통 산업과 첨단 산업의 연결고리 역할을 하여 IT, BT, ET,

ST, CT 등 모든 기술을 융합시켜 새로운 혁신기술을 창출하는 미래

성장산업이다.

나노기술 제품시장은 향후 크게 확대될 것으로 예측되고 있으며,

나노기술의 산업화는 세계 주요국가의 나노기술 정책의 핵심주제로

부상하고 있으며, 최근 나노기술 연구개발이 기초 단계에서 초보적

인 제품화가 가능한 응용기술 개발 단계로 진입하고 있다.

나노기술은 기존 산업기술과 접목되어 기존제품을 개선·혁신nano-

enabled 하거나 전혀 새로운 나노 기능에 의존nano-dominated하는 신산업

을 창출하는 열쇠로 평가받고 있으며, 이에 따라 나노융합 분야 응

용 시장은 2015년경 최소 2조 5,000억 달러에서 최대 2조

9,500억 달러 규모가 될 것으로 예측하고 있다.4)


출처. Cientifica, “Half Way to the Trillion Dollar Market”(2007)Lux Research, “Economy Blunts Nanotech’s Growth”(2009)

표 1-1 나노융합분야세계시장규모

출 처 2015년세계시장 2015년세계시장(반도체제외)Cientifica (2007) 2조9,500억달러 1조5,000억달러

Lux Research (2009) 2조5,000억달러 1조 500억달러


이에 따라 국내에서도 2002년“나노기술개발촉진법”을 제정하여

나노기술 연구개발을 적극 지원하고 있으며, 나노기술 개발이 본격

화된 2001년부터 2009년까지 7개 부처·청에서 총 2조 1,275

억원을 투자하여 미국, 일본, 독일에 이어 나노기술 4대 강국으로

도약하는 성과를 거두었다.

그러나 전세계적으로 나노기술 연구개발 경쟁이 치열한데다가, 최

근 각국 정부의 나노관련 연구개발 예산지원이 기초·원천연구에서

응용 또는 융합연구로 투자방향이 급격히 선회하고 있고, 나노융합

분야 로벌 기업의 기술전략이 개별 R&D에 머물지 않고 상용화까

지 연계한 전주기적 패러다임으로 변화함에 따라 한국도 기 투자된

나노분야의 기초·원천연구 성과를 상용화로 연계하는 나노융합기술

상용화 R&D 사업 추진이 필요한 상황이다.

특히 21세기 프론티어 사업 등과 같은 나노분야 대형 R&D 사업

이 종료됨에 따라 이를 통해 도출된 우수 연구 성과를 활용하여 상

용화 단계로 연계할 수 있는 새로운 연구 프로그램 추진이 필요한

시점이라 볼 수 있다.

일반적으로 기초·원천 R&D 및 인프라 구축은 정부에서 투자하

고, 민간에서 자체적으로 사업화를 추진하는 것이 바람직하나, 나노

융합 기술은 아직 초기 시장진입단계에 있어 정부지원 없이 기업이

스스로 신산업을 창출에 나가는 것에는 한계가 존재한다. 특히 시장

진입 리스크가 높아 실패할 가능성이 큰 나노융합 산업과 같은 첨단

신산업 분야의 경우에는 민간의 사업화를 유인하고 위험을 경감하는

차원에서 정부의 적극적인 초기 지원이 필요하다.

1011

주3 http://www.nanokorea.net/

주4 나노기술연감 2011


나노융합 신소재와 나노입자의 의미5)

소재 측면에서 보면, 신소재는 임계성능(고난이도 제조기술) 구현,

초고효율 에너지 산업 실현을 가능하게 하는 미래의 필수 핵심소재

를 말하며, 나노융합 산업은 나노기술(원자 하나하나를 기계적으로

제어하는 기술)을 타 산업에 접목해 부가가치를 창출하는 미래 유망

산업을 의미한다.

따라서 신소재에는 항공기 경량화 복합소재, 고기능 스마트 섬유

의류 소재 등이 해당되며, 나노융합 기술의 예로는 나노 메디컬, 나

노 바이오 생활소재 등을 들 수 있다. 국내 나노기술은 미국, 일본,

독일에 이어 세계 4위의 경쟁력을 갖고 있다.6)

고난이도 제조 기술에 의한 임계 성능 구현 및 초고효율 에너지

산업 등의 실현을 가능하게 하는 미래의 핵심 소재에 있어서도 나노

기술의 융합은 나노소재로 대표되면서 더욱 중요성이 커지고 있다.

나노소재 기술 개발사업에 의하면 나노융합 신소재 기술은 기존

재료의 결정립, 기공 등을 수백 나노미터(㎚) 크기 이하로 제어ㆍ조

합함으로써 물성이 현저히 향상되거나, 새로운 물성을 나타내는 하

향식top-down 공정의 나노소재 기술과 나노 미터 스케일에서 물질 구

조를 합성·제어하여 새로운 물성과 기능이 창조되는 상향식bottom-up

공정의 나노소재 기술을 모두 포함한다.

기술의 범위로는 나노소재에는 내부 구조가 나노화된 금속, 세라

믹, 고분자, 반도체의 단상(單相) 소재가 포함되며, 두 가지 이상의

재료가 혼재되어 있는 복합재료도 포함된다.

형태로 보아서는 양자점(0차원 나노소재), 나노선/나노막대/나노

튜브(1차원 나노소재), 나노박막 (다층/복합구조)/나노층상화합물(2

차원 나노소재), 나노벌크(치 체/기공체/복합체)(3차원 나노소재)

등의 소재가 포함된다. 용도 측면에서는 구조용, 환경·에너지 산업

용 및 IT응용 등의 소재가 포함된다.



나노소재는 일반적인 사용 조건에서 안정성을 가지며 경제적인 제

조가 가능한 소재로 국한한다. 첫 단계에서의 주된 관심의 대상은

나노구조체를 제조하는 방법과 나노 구조체가 갖는 특별한 성질들이

었다. 대략 5년여의 짧은 기간 동안에 많은 발전이 있었으며, 여기

에는 화학, 물리학 기반이 크게 기여하 다.7)

두번째 단계는 나노구조체의 대량 합성 및 응용 등 기술적·산업

적 가치를 확인하는 것에 초점이 맞춰져 있다. 나노기술 개발의 핵

심인 나노 구조체를 합성하고, 그 물성을 이용하는 것은 곧 나노소

재 기술 혹은 (일본의 경우처럼) ‘나노소재 공정 기술’ 역으로

볼 수 있을 것이다. 원자나 분자를 개별적으로 제어하여 나노소자

나 나노부품을 직접 제조하는 것이 나노기술의 꿈이기는 하지만, 산

업적인 요구 조건(경제성)과는 거리가 있다. 원자나 분자를 직접 다

루기보다는 이들을 취급가능한 크기로 조립assembling，성장growth，증

착deposition시킨 나노구조체를 활용하는 것이 현실적이다. (집을 지을

때 사용하는 벽돌에 비유하여 이때의 나노구조체를‘나노 구축단위building block’라고 한다)

1단계의 기술개발을 통하여 원천 나노소재에 해당하는 나노 구축

단위의 제조 및 물성에 관한 많은 지식이 축적되었으며, 나노분말

등 상업화에 접어든 기술들도 있다. 현재의 2단계는 나노 구축단위

자체에 대한 기술 개발보다는 나노 구축단위를 활용하는 기술을 개

발하는 것을 주된 목표로 하고 있다. 나노기술 개발을 시작할 때 대

표적 적용사례 중의 하나로 제시하 던 거대자기저항giant magneto-

resistance(GMR) 현상은 2007년 노벨 물리학상으로 이어질 만큼 큰 산

1213

주5“나노소재기술개발사업특허전략보고서”, 2010.3.30. 나노소재기술개발사업단

주6 기술력세계 4위로, 중기 벤처가시장절반점유전망(미래기획위원회, 2009), mirian.kisti.re.kr

주7 나노인사이드, 2008, vol.1, p.6-7


업적 성과를 거두었다. 1996년 노벨화학상 대상이었던 풀러렌fullerene은 아직 이렇다할 산업적 진전은 없지만 같은 범주에서 다뤄지

는 탄소나노튜브CNT는 이제 킬로그램 당 수 만원 수준의 양산제조

기술로 발전함으로써 고강도 혹은 높은 전기전도도를 갖는 고분자

나노복합재료 산업의 발전을 견인할 전망이다. 점토 결정판을 분산

시킨 고분자 나노복합재료는 맥주용기 등 음식물의 포장재, 자동차

외장판 등 구조용 소재로 이미 활용되고 있다.

정리하면 나노 소재는 나노입자, 나노결정, 나노컴포지트, 나노

구조물로 나눌 수 있으며 그 대표적 응용품은 다음과 같다8)

나노입자

폼타입 접착테이프, 치과용 접착제, 초친수성 안티포그, 고체상태

조명, 상처보호, 생체의료센서, 생체활성물질, 약물전달

나노결정

세라믹파이버, 연마제, 유리-무기계 비드, 금속매트릭스 컴포지

트, 배터리 물질, 광학용 유리류, 치과/교정 구조물

나노컴포지트

하드코팅, 구조용 접착제, 치과용 복구제, 광학필름, 보호용 코

팅, 신기능성 전자재료, 저가용 컴포지트, 진보된 치과재료

나노구조물

필름코팅, 광학 파이버 격자, 다층 광학필름, 배리어 필름, 공기

정화 개선, 연료전지 촉매, 신소재 전자 장치, 에너지 저장


주8“탄소소재&나노융복합소재응용기술및개발사례와사업화추진세미나(3)”, 산업교육연구소, 2013.


나노융합신소재제품개발은어떠한가?

PART 2





나노융합신소재제품개발은어떠한가?

나노융합 2020 사업으로 제품화 촉진9)

“나노융합 2020 사업“은 세계시장 선점형 로벌 스타상품 10

건 개발, 세계 1등 나노융합 핵심기술 10개 확보, 나노융합기술 활

용 매출발생기업 50개 육성, 신시장·신산업 창출형 융합기술 200

건 개발, 개방형 혁신 R&D 지원체계 구축 등을 목표로 제시하며,

NT-IT, NT-BT, NT-ET 3대 융합분야의 10대 핵심전략사업 분

야 및 공통기반기술분야에 9년(’12년~’20년) 동안 총사업비 1.75

조원을 투입하는 것으로 기획되었으며, 나노융합 2020 추진단을

구성하여 운 함으로써 다양한 연구주체들이 참여할 수 있는 여지를

마련하 다.

사업 개요

나노융합 2020 사업은 나노기술을 근간으로 기술-산업간, 연구

주체간, 다학제간 융합을 통해서 나노기술의 상용화를 추진하는 개

방형 기술혁신체계 구축을 사업의 주요 개념으로 삼고 있다. 나노융


합 2020 사업의 3대 키워드는 나노nano, 융합convergence, 상용화commercialization로서 나노는 나노분야에 특화된 기술개발 및 사업화 지

원을 의미하고, 융합은 기술-산업간, 부처간, 연구 주체간, 다학제

간 참여 촉진을 의미하며, 상용화는 신시장, 신산업을 창출하여 미

래 신성장 동력화하는 R&BD 사업을 의미한다.

또한 나노융합 2020 사업은 기존 사업과의 연계·시너지 확대로

나노융합 산업의 생태계를 조성하는 사업으로서 나노기술 관련 기존

연구개발 성과물(예 : 21C 프론티어사업) 중 미성숙 기술, 사업화

단계 기술을 발굴하여 상용화를 추진하는 사업이다. 나노기술의 수

1617

출처. 나노기술연감 (2011)

그림 2-1 국가전략소재분야예시기술


그림 2-2“나노융합 2020”의기본개념


명주기가 매우 짧은 것을 감안, 조기에 시장 내 이니셔티브 확보를

위해 기존사업의 성과물과 기 투자된 인프라를 활용, 국내 나노융합

산업의 경쟁력을 강화하는 방향으로 사업을 전개한다.

사업 내용10)

나노융합 2020 사업은 NT-IT, NT-ET 2대 중점 융합분야와

공통기반기술 분야로 구성되어 있으며, 중점융합분야는 각각 2개 핵

심전략기술로 구성되어 있다.

먼저 NT-IT 융합분야의“Post CMOS형 차세대 반도체”기술은

MOSFET의 미세화 한계 극복 및 테라비트 이상의 정보 인지·저

장·연산 방법의 새로운 패러다임에 맞는 집적공정 및 나노재료를

적용한 소자기술로서, 기존 전자소자 분야의 미세화, 저소비전력,

고속화, 대용량 정보처리의 한계기술을 극복하여 전자산업분야 향후

성장률을 유지·증대하고 중장기적으로 로봇, 자동차, 유비쿼터스

네트워크, 의료 및 보안 분야에서 널리 응용될 것으로 기대된다.

다음으로 역시 NT-IT 융합분야의“나노유연소자”기술은 기존의

반도체 소재 및 공정을 대체할 수 있는 신소재 및 신공정 기술을 기

반으로 초소형, 초경량, 초고성능 나노유연소자를 구현하는 기술로

서, 향후 20년 안에 세계 시장이 약 300억불로 성장할 것으로 예

측되는 미래성장 가능성이 높은 분야이다.

NT-ET 융합분야의“나노융합 고효율 에너지 변환기술”은 나노융

합 기술을 이용하여 연료전지, 태양전지, 에너지 하베스팅용 열전소

자 등 에너지 변환 소자가 갖는 한계성능을 돌파하기 위하여 변환효

율을 극대화시킬 수 있는 핵심나노소재 및 구조를 개발하고 이를 기

반으로 고효율 무공해 청정에너지를 양산할 수 있는 기술이다. 에너

지 위기 대응 및 환경 친화적인 에너지의 필요성에 대한 국제적, 사

회적 공감대의 확대에 따라, 공해유발이 적고 석유자원에 의존하지



않는 태양전지, 연료전지 및 에너지 하베스팅과 같은 신재생에너지

의 수요는 지속적으로 확대될 것으로 전망되며, 국내의 연구개발 역

량이 높아 나노기술 적용이 빠르게 이루어질 것으로 기대된다.

NT-ET 융합분야의“나노융합 고성능 물 환경/자원 처리 기술”은

고기능성 수처리 멤브레인 시스템 및 나노구조체에 의한 고도 수처

리 기술 개발 등과 같이 나노기술을 접목함으로써 기존 수처리 기술

의 한계를 극복할 수 있는 기술이다. 나노융합 2020 사업에서는

나노환경융합 기술 분야 중 시장 규모가 크고 국내의 연구개발 역량

이 높으며, 상대적으로 짧은 기간 내 상용화 가능한 환경정화 및 보

존 기술 분야를 전략 역으로 선정하 다.

마지막으로 공통기반분야는 따로 세부과제들을 발굴하지 않고, 4

대 핵심전략기술 개발 중에 발생하는 병목현상 및 기술의 완성도 제

고를 위해 필요한 나노소재, 나노공정·측정, 주변기술 등을 개발하

는 분야로 정의하 다.

나노융합 2020사업의 최근 동향

정부가 창조경제 구현을 위해 나노기술과 산업간 융합을 통한 신

시장 창출을 지원하는 범부처 협력사업으로 본 사업이 추진된다. 산

업통상자원부와 미래창조과학부는 양 부처가 공동으로 추진하는 나

노융합 상용화 R&BD 사업인‘나노융합 2020’사업에 올해 153억

원을 투입할 예정이라고 밝혔다.11) 사업 첫해인 2012년 지원금이

67억원이었던 데 비하면 두배 이상 늘어난 규모다.

“나노융합 2020 사업”은 미래창조과학부와 산업통산자원부가 협

력체계를 구축하고 비즈니스 모델에 기반해 원천연구부터 사업화까

1819

주10 최 진, 한국산업기술평가관리원나노기반 PD

주11 http://www.hellodd.com/Kr/DD_News/Article_View.asp?mark=41338, 2013.04.08.


지 전주기적으로 지원하는 사업으로, 대학이나 연구소가 개발·확보

한 특허 등의 우수성과를 직접 활용하거나 기술이전을 통해 상용화

로 연계하려는 과제를 지원 대상으로 한다.

상용화의 기준은 개발제품의 매출이 발생하거나 제품의 납품주문

을 받은 경우(시장창출형), 상업적 시제품을 출시한 경우(제품완성

형), 나노공정 도입으로 10% 이상 생산성이 증가한 경우(공정혁신

형) 등이다.

2013년 사업에는 나노기술(NT)-정보기술(IT), NT(나노기술)-

ET(에너지기술) 등 2대 나노기반 융합분야의 4개 세부기술 분야에

서 3년내 상용화가 가능한 과제를 신규 선정할 계획이며 신규과제

지원예산 규모는 83억원 정도다.

사업 전담기관인“나노융합 2020 사업단”은 선정된 과제의 성공

률을 높이기 위해 과제수행과정을 지속적으로 모니터링하고, 전문가

자문단을 통해 기술적 애로해결에 필요한 직·간접적 지원을 할 계

획이다.

산자부 관계자는“혁신적 아이디어에 기반한 나노 원천기술 연구

성과를 산업계 니즈와 연계해 신제품, 신시장 및 일자리를 창출하는

나노융합 2020 사업이야말로 창조경제 구현의 좋은 모델이 될 것”

이라 말했다. 한편, 정부는 이런 내용을 골자로 나노융합 분야 우수

성과를 관심있는 산업계와의 매칭을 통해 상용화 후보과제로 연계·

추진하기로 했다.

국내 나노융합 산업의 현주소12)

2011년에 수행된 나노기업의 연구개발 활동 조사·분석을 바탕

으로 국내 민간 연구개발 활동에 대해 알아보면 다음과 같다. 여기


주12 나노 기술연감 2011, 본 내용은 교육과학기술부와 지식경제부의 공동 지원으로 국가나노기술정책센터(수행연구기관 : STEPI)가 수행한‘나노기업의연구개발활동조사·분석(STEPI, 2012)’연구 결과를발췌·정리한것임


서 나노기업이란 현재 나노기술이 적용된 제품을 생산·판매하고 있

거나, 이를 위하여 연구개발 중인 제조업 관련 기업을 의미한다.

이번에 조사된 나노기업의 일반 현황을 전회 조사와 비교한 것을

<표 2-2>에 나타내었다. 가장 큰 특징은 응답업체 수가 206개에

서 359개로 153개 증가(74.2%)하 음에도 불구하고 회사형태,

법정유형, 벤처·INNO-BIZ 지정여부, 상장여부, 나노기술 분야 등

에서 큰 차이가 없다는 점이다. 회사형태에서는 독립기업이 전체의

86%를 차지하고 있어 가장 많았으며, 법정유형에서는 중소기업이

전체의 83.6%를 차지하고 있어 아직까지 중소기업의 비중이 높은

것을 알 수 있다.

하지만 전회 조사에 비해 대기업과 중기업의 비중이 약간 높아졌

는데, 이는 기존 기업의 성장과 더불어 제조업의 다른 역에서 활

동하던 기업이 나노분야로 새롭게 진출하는 경우가 늘어났기 때문이

라고 판단된다. 응답기업 중에서 대기업은 59개에 달하고, 나노기

업이나 응답하지 않은 대기업도 상당수 있기 때문에, 국내 대기업들

2021

출처. 나노기술연감 (2011)무응답 기업과연구개발중인기업은평균계산시제외됨

표 2-1 나노관련연구개발투자액비중

구분 전체나노관련연구개발비중

2008 2009 2010

전체 359 46.39 47.14 47.48대기업 59 36.40 36.33 35.44

법정유형 중기업 113 41.19 42.82 42.96소기업 187 50.81 51.18 51.79나노소재 192 47.27 47.67 47.56나노소자 19 46.36 46.00 45.82

나노기술관련 나노바이오 32 44.00 46.71 46.30주력제품 나노에너지/환경 40 38.10 37.05 39.87

나노공정/장비 69 49.30 50.85 51.94기타 7 45 46 41

(단위: %)


의 나노기술 분야에 대한 관심은 적지 않은 것으로 해석할 수 있다.

특히 이러한 대기업들의 나노기술 분야로의 진출은 새로운 사업

역으로의 진출이라는 의미도 있지만, 이들 대기업과 가치사슬 관계

에 있는 여러 중소기업에도 미치는 향이 크기 때문에 나노융합산

업 발전에서 긍정적 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 일반 제조

업 기업에 비해 나노기업이 가지는 특징적인 점은 벤처기업이나

INNO-BIZ기업의 비중이 매우 높다는 점이다.

벤처기업과 INNO-BIZ기업의 비중은 각각 46.8%, 46.2%로 전

회 조사에 비해 소폭 상승하 고 제조업 대비 매우 높은 편이다.13)

즉, 나노기술 분야에서 혁신성이 높은 기업의 비중이 매우 높아 동

분야에서의 첨단기술 개발 및 기술혁신활동이 매우 활발히 진행되고

있음을 짐작할 수 있다. 상장기업 수도 거래소 32개, 코스닥 42개

로 전회 조사 대비 증가하 으며, 상장기업 비중도 20%가 넘어 적

지 않은 편이다. 이들 상장기업들을 살펴보면, 일부 기업들은 나노

기술 분야에 대한 특화로 성장하여 상장까지 성공하 지만, 일정 규

모 이상의 기업들의 경우 기존 사업 역에서 새롭게 나노기술 분야

로 진출하는 경우가 더 많았다.

즉, 나노기술이 적용된 각종 부품소재 및 장비를 새롭게 출시하거

나 준비 중에 있어 향후 나노융합산업이 본격적으로 성장하는 것에

대비하고 있음을 알 수 있다. 나노기술 5대 분야별로 기업들을 분류

한 결과, 전회 조사와 거의 유사한 결과를 얻었다. 즉, 나노소재 분

야에 전체 절반 이상의 기업들이 분포하고 있고 나노공정/장비, 나

노에너지/환경이 그 뒤를 잇고 있으며, 나노바이오와 나노소자 분야

에 가장 적은 기업들이 분포하고 있었다.

2년 전 조사와 유사하게 기업분포가 되어 있음은 국내 나노융합산


주13“2010년도 한국의기술혁신조사 : 제조업부문(STEPI, 2010)”의 조사에 따르면 2009년 기준, 전체 제조업에서벤처기업과 INNO-BIZ기업의 비중은 각각 16.4%, 23.6%로 조사년도가 한 해 차이 나지만, 나노분야에서 벤처기업과 INNO-BIZ기업 비중이월등히높은것을알수있다.


업의 산업구조가 어느 정도 자리잡아 가고 있음을 의미한다. 즉,

CNT 등 나노소재와 관련된 기업이 가장 많이 있으며, 상대적으로

산업기반이 취약한 나노바이오 분야와 대규모 설비투자가 필요한 나

노소자 분야의 기업이 적다. 반도체와 디스플레이 분야의 장비제조

와 관련된 여러 중소기업들이 나노공정/장비 분야로 진출한 것도 주

목할 만한 조사결과이며, 최근 솔라셀 등 신재생에너지와 관련한 나

노기업들이 많이 생겨난 것도 흥미로운 결과이다.

나노기술 개발 및 제품 출시

나노기업들이 최초로 나노기술 개발에 착수한 시점을 조사한 결

과, 2000년 이전에 연구개발에 착수한 기업은 14.5%에 불과한

2223

출처. 나노분야(2008) 자료 - 나노기업의정 실태및연구개발수요조사(한국세라믹기술원, 2009)

표 2-2 2008년, 2010년 나노기업조사의응답업체현황비교

구분나노분야 (2008) 나노분야 (2010)

응답업체 비율 응답업체 비율

전체 206 100 359 100독립기업 172 83.50 309 86.07

회사형태 국내그룹계열사 28 13.59 37 10.31해외그룹계열사 6 2.91 13 3.62대기업(300인이상) 26 12.62 59 16.43

법정유형 중기업(50~299인) 57 27.67 113 31.48소기업(50인미만) 123 59.71 187 52.09벤처기업 87 42.23 168 46.80

지정여부 INNO-BIZ 84 40.78 166 46.24해당사항없음 78 37.86 124 34.54거래소상장기업 14 6.80 32 8.91

상장여부 코스닥상장기업 25 12.14 42 11.70해당사항없음 167 81.07 285 79.39나노소재 111 53.88 192 53.48나노소자 11 5.34 19 5.29

나노기술관련 나노바이오 18 8.74 32 8.91주력제품 나노에너지/환경 15 7.28 40 11.14

나노공정/장비 47 22.82 69 19.22기타 4 1.94 7 1.95


반면, 그 이후로는 꾸준히 연구개발에 착수한 기업들이 늘어나고 있

음을 알 수 있다. 나노기술이 본격적으로 조명받기 시작한 것은

2000년 미국 정부의 NNI 선포와 2001년 국내의 나노기술종합발

전계획 수립 이후부터이다. 즉, 국내외적으로 정부의 나노기술 육성

에 대한 강력한 의지가 확인된 이후 많은 기업들이 나노기술에 대한

연구개발을 착수한 것으로 해석된다. 이후 나노기술의 산업화에 대

한 회의적 견해에도 불구하고 기업들은 나노기술에 대한 잠재력과

시장 파급효과를 고려하여 꾸준히 신사업을 추진하고 있음을 알 수

있다.



그림 2-3 나노제품의최초시장출시시점

출처. The Project on Emerging Nanotechnologies, (2011)

그림 2-4 전세계 30개국이상에서출시된나노제품동향14)

(단위: %)


나노기술 및 나노제품의 역할

<표 2-3>을 살펴보면 나노제품의 산업화는 아직까지 본격적으로

시작되지 않고 있음을 알 수 있다. 조사 대상 기업 중 나노제품이

현재‘주력매출원’의 역할을 하고 있는 비중은 22.56%에 불과하

고, 반면‘다양한 사업품목 중 하나’이거나‘미래성장동력원’으로

여기는 기업이 많았으며, 일부는‘기술후보군 중 하나’에 불과하다

는 인식을 가지고 있었다. 2009년 조사 결과와 비교할 때 달라진

점은 전회 조사에서는‘주력 매출원’으로 여기는 기업이 29.1%로

‘미래성장동력원’다음이었으나, 이번 조사에서는 22.6%로 비중이

낮아지고‘미래성장동력원’과‘다양한 사업품목’에 이어 세 번째로

순위가 바뀐 것이다. 이는 새롭게 나노분야에 진출한 기업들이 당장

의 매출 창출보다는 중장기적인 성장동력의 관점으로 접근하고 있음

을 시사한다. 특히 타 분야에 비해 나노에너지/환경 분야에서는 현

재‘주력매출원’으로 여기는 기업이 7.5%에 불과한데, 이는 특히

2425

출처. The Project on Emerging Nanotechnologies, (2011)

그림 2-5 나노제품중분야별비중 (총 1,317건 중)15)

주14 The Project on Emerging Nanotechnologies, 2011.03.10.

주15 The Project on Emerging Nanotechnologies, 2011.03.10.


기존 반도체, 디스플레이 분야 기업들이 태양광이나 LED 분야로 새

롭게 진출한 결과를 반 하는 것으로 해석된다.

국내 나노융합산업에 많은 기업들이 관심을 가지고 참여하고 있으

나, 아직 초기 단계에 머무르고 있다는 또 다른 근거는 기업들의 나

노기술 관련 사업 부문의 성장단계를 살펴보면 알 수 있다. 전체 나

노기업중 나노부문 사업이 매출 발생 이전 단계에 있는 기업이

35.4%로 가장 많고, 다음으로 손익분기점 미만의 기업이 31.4%

로 뒤를 잇고 있다.

반면 손익분기점 이상은 18.4%, 손익분기점 이상을 3년 이상 안

정적으로 지속하고 있는 기업은 14.7%에 불과하여, 아직까지 나노

부문 사업으로 이익을 창출하고 있는 기업의 비중은 약 33.1%에

불과하 다. 즉, 전체 나노기업 중 약 1/3은 아직 연구개발 단계에

있고, 1/3은 제품을 출시하고 있으나 시장 규모가 크지 않아 개발

비용 회수에 아직 못 이르고 있으며, 나머지 1/3 가량의 기업이 나

노제품 판매로 이익을 내고 있는 실정이다.


무응답기업과연구개발중인기업은평균계산시제외됨 출처. 나노기술연감(2011)

표 2-3 나노기술관련제품이갖는의미

구 분 전체주력 다양한 미래성장 기술

기타매출원 사업품목 동력원 후보군

전체 359 22.56 30.36 32.59 11.98 2.51대기업 59 6.78 23.73 33.9 30.51 5.08

법정유형 중기업 113 20.35 30.97 30.97 14.16 3.54소기업 187 28.88 32.09 33.16 4.81 1.07나노소재 192 21.88 24.48 34.38 15.63 3.65나노소자 19 26.32 31.58 36.84 5.26 0

나노기술나노바이오 32 34.38 31.25 18.75 15.63 0

관련나노에너지/환경 40 7.5 42.5 42.5 7.5 0

주력제품나노공정/장비 69 28.99 37.68 27.54 4.35 1.45기타 7 0 42.86 28.57 14.29 14.29

(단위: %)


나노융합소재유형별시장규모는?

PART 3



나노시장 전체에서 나노융합 소재의 위치

나노기술 가치사슬 단계는 <그림 3-1>과 같은 3단계로 구분된

다. 첫 번째 단계는 처리되지 않은 형태의 나노스케일 구조인 나노

소재nanomaterials 단계, 두 번째 단계는 나노스케일 특징을 가진 중간

제품인 나노 중간물nanointermediates 단계, 세 번째 단계는 나노기술을

결합한 최종재화인 나노기반 제품nano-enabled products으로 구분된다.


나노융합소재유형별시장규모는?

출처. BCC Research (2010)

그림 3-1 나노기술가치사슬


마지막 단계인 나노기반 제품에 대한 로벌 시장규모 조사 보고

서(2010)16)에 의하면 2009년도에 117억 달러 규모를 가진 것으

로 조사되었다. 세계 시장규모는 2010년에 157억 달러로 성장하

고, 2015년도에 267억 달러 규모로 성장할 것으로 예견하고 있

다. 이러한 규모의 시장 성장은 2010~2015년 사이에 연평균 성

장률CAGR이 11.1%가 될 것으로 예측할 수 있다. 그 이후 시장수요

의 확대와 성장률은 기술의 고도화, 성공적 상업화 진전, 산업구

조, 연관 기업의 사업전략 등에 의한 방향이 결정되어질 것으로 판

단된다.

두 번째 단계인 나노 중간물의 경우, 2006~2009년 기간 동안

수익률이 높은 산업 순서는 전자와 IT 산업, 제조업 및 재료 산업,

에너지와 환경산업, 건강과 생명과학 산업 등으로 나타났다. 그러나

2010년 이후 건강과 생명과학 산업분야가 수익률 측면에서 17%

정도로 상대적으로 높을 것으로 예측되고, 타 산업분야는 10~12%

수준으로 예견되고 있다.

첫 번째 단계인 나노소재에 대한 세계 시장규모는 2009년 나노

기술 세계 매출액에서 가장 큰 부분이다. 2009년 90억 달러 시장

규모에서 2015년 196억 달러 규모로 성장할 것으로 예측되고, 연

평균 성장률은 14.7%로 추산된다.

상기 세계 나노기술 시장규모 예측자료를 나노 분야별로 정리하면

<표 3-1>과 같다. 2009년도에 전체 나노 시장규모 117억 달러에

서 나노소재 90억 달러로 차지하는 비율은 약 77%로 나타났고,

2015년도에는 전체 나노 시장규모 260억 달러에서 나노소재

196억 달러로 차지하는 비율은 약 75%로 나타났다.

2829

주16 Global Market for Nanotechnology Products, BCC Research Reports, August 9, 2010.

http://bccresearch.wordpress.com/2010/08/09/global-market-for-nanotechnology-products-worth-26-7-billion-by-2015/


나노소재 시장 환경17)

나노기술과 같은 신기술에 대한 정부의 연구개발 투자는 중장기적

인 기간에 걸쳐 수행되기 때문에, 경제적 환경에 상대적으로 민감한

향을 받지 않는 것으로 나타나고 있다. 최근 경기침체에도 불구하

고 나노소재 시장은 건강관리, 전자산업 분야와 군사, 항공 우주,

에너지 분야와 같은 새로운 응용 분야에서 높은 수요가 전망된다.

전자산업 분야에서 나노소재에 대한 수요는 주로 속도와 반도체

및 전자제품의 성능 향상의 필요에 의하여 꾸준히 증가되고 있다.

군사 및 항공 응용분야에서 안전 개선 필요성과 신재생 에너지 장치

의 효율성 증가에 대한 요구가 지속되고 있기 때문에, 국방과 에너

지 분야에서 나노소재의 채택이 증가할 것으로 예상된다. 건설 부문



표 3-1 세계나노기술시장규모, 2009~2015

구분 Nanomaterials Nanotools Nanodevices 합계시장규모 2009 90.27억 26.13억 0.31억 116.71억

2015 196.22억 68.13억 2.34억 260.00억연평균성장률 14.7% 3.3% 45.9% 11.1%

(단위: 달러)


그림 3-2 세계나노소재시장규모추이그래프 (단위: 억불)


에서 나노소재의 수요는 내구성 강철과 콘크리트, 자가 세척 창문,

내화 건축 자재, 에너지 효율적인 태양전지 패널 등에서 크게 창출

될 있는 잠재력을 가지고 있다.

최근 시장 조사 보고서에 의하면 가장 큰 지역 시장은 미국이고,

아시아 태평양이 가장 빠르게 성장하는 지역시장으로 분석 기간 동

안 약 30%의 인상적인 연평균 성장률을 기록한 것으로 나타났다.

특히, 중국, 한국, 대만, 인도 등의 국가에서 나노기술의 활발한 연

구 개발 투자가 이루어지고 있기 때문에, 향후 몇 년 내에 아시아-태

평양 지역이 나노소재 시장의 성장을 주도 할 것으로 예상된다.

제품 범주에 의하면 현재 나노 산화물 시장이 가장 큰 부분으로

나타났다. 서부 유럽의 탄소나노튜브 시장은 2012년까지 4천3백

만달러에 도달할 것으로 예상되었다. 나노시장에서 주도적인 기업은

어드밴스드 나노 프로덕트사Advanced Nano Products Co. Limited, 안타리아사Antaria Limited, 아펙스 나노머티리얼Apex Nanomaterials, 앱나노 머티리얼사ApNano Materials Inc. 등이 있다.18)

세계 나노소재 시장 보고서(2010)에 의하면 전 세계 나노소재 수

요는 2013년까지 매년 20% 씩 증가할 것으로 예측하고 있다. 나노

소재 시장 수요는 지난 15년에 걸쳐 이룩된 나노기술의 상당한 과대

홍보로 인한 기대에 부응하지 못했지만, 나노소재 개발은 분명한 상

업적 실재를 달성하기 위해서 지속적으로 수행되고 있다. 로벌 나

노소재 수요 전망은 향후 지속적으로 성장할 것이고, 연 20% 성장을

3031

주17“Nanomaterials: A Global Strategic Business Report”announced by Global Industry Analysts, Inc.http://www.strategyr.com/Nanomaterials_Market_Report.asp

주18 그 외에 Cabot Corporation, Catalytic Materials LLC, Dendritic Nanotechnologies Inc., eSpinTechnologies Inc., Hanwha Nanotech Corporation, InMat Inc., Hyperion Catalysis International Inc.,Integran Technologies Inc., MicrotechNano Inc., Materials and Electrochemical ResearchCorporation, Nanoledge, NovaCentrix Corp., Nanophase Technologies Corp., Nyacol NanoTechnologies Inc., Oxonica Plc., QuantumSphere Inc., Rosseter Holdings Ltd., Shenzhen NanotechPort Co. Ltd., Sun Nanotech Company Limited, Unidym Inc. and Xintek Inc. 등의 기업이있음.


지속하여 2013년에 36억 달러에 도달할 것으로 예측되고, 2025

년까지 340억 달러의 거대한 시장으로 성장할 것으로 기대된다.

나노소재의 초기 수요 대부분은 상대적으로 기존 소재와 응용분야

에 포함되어 있다. 이것은 산화규소(실리카), 산화알루미늄(알루미

나), 이산화티탄(티타니아), 클레이(점토), 금속과 같은 전통적인 소

재의 나노크기화를 포함한다.

나노소재는 반도체 처리과정에서 웨이퍼 연마 슬러리, 선스크린sunscreen, 가전제품에서 항균 처리 등 광범위한 응용분야로 넓혀지고

있다. 그러나 향후 10년~20년에는 탄소나노튜브와 같은 비교적 새

로운 나노소재가 전반적인 나노시장 수요에서 큰 점유를 차치할 것

으로 예상된다.

아르케마Arkema, 바이에르Bayer, 나노실Nanosyl, 쇼와덴코Showa Denko

등과 같은 생산업체는 전자제품과 자동차 부품에서 적용분야를 개척

함에 따라, 최근 나노튜브의 생산용량을 증가시키고 있다. 또한 향

후 나노소재시장에서 건강 산업 분야는 가장 큰 시장으로 전자산업

을 능가할 것으로 예측되고 있다. 건강산업은 2008년도에 나노소

재 시장에서 두 번째로 큰 시장이었으나, 2013년 이후 최고의 판

로로 전자산업을 추월 것으로 예상하고 있다

나노크기 약물 활성 재료와 나노 약물 전달 시스템을 포함한 나노

소재 의약품은 현재까지 상업적인 성공을 위한 상당한 진전을 보이

고 있다. 앞으로, 나노소재는 의약품에서 진단, 상, 치과 치료 등

과 같은 의료 제품 및 건강 치료 분야로 확장될 것으로 기대된다.

더불어 나노소재의 적용범위는 나노튜브, 나노금속 및 나노구조 소

재 및 양자점 등으로 더욱 확장될 것이다.



로벌 나노소재 시장에서 미국은 2010년 최대 규모의 시장을

유지하 고, 나노소재 시장 규모는 현재 압도적으로 선진국에 집중

되어 있다. 미국이 전세계 시장의 절반을 차치하고 있고, 서유럽

10%, 캐나다 3% 그리고 아시아 국가인 중국 12%, 한국 6%, 일

본 4%, 대만 2%를 차지한 것으로 나타났다. 최근 주요 나노소재

지역 시장은 두 자리 수의 수요 성장률을 이룩하 다.

나노입자 종류별 응용분야 및 시장규모

나노입자는 다양한 화합물이 있으나, 대표적으로 다음과 같은 성

분의 소재를 들 수 있다.20)

3233

출처. Future Markets, Inc.(2010)19)

그림 3-3 국가별나노소재생산 (2010)

주19 Future Markets, Inc. (2011), "The World Market for Nanotechnology: Applications, Markets andCompanies"

주20 Future Markets, Inc. (2011), "The World Market for Nanotechnology: Applications, Markets andCompanies"


나노기술의 정의에 의하면 나노소재는 100 nm 이하의 크기이어

야 하고, 응용분야는 일반적으로 코팅, 세라믹스, 촉매, 전도성 입

자, 폴리머, 보호/자기 세정, 화장품, 강자성 특성에 기인한 통신,

데이터 저장 및 진단, 인체 보호, 박막 전구체, 전도성 박막, 인쇄

용 잉크 등을 들 수 있다. 소재별로 응용 분야를 정리하면 <표 3-

3>과 같다.


출처. Future Markets, Inc.(2010)

표 3-2 나노입자의종류

문명 한 명　 화학식Aluminium oxide 산화알루미늄 Al2O3

Antimony tin oxide 산화안티몬주석 ATOBismuth oxide 산화비스무스 Bi2O3

Carbonnanotubes 탄소나노튜브Cerium Oxide 산화세륨 CeO2

Copper(II) oxide 산화구리 CuOCobalt(II) oxide 산화코발트 CoOFullerenes and POSS 풀러렌과 POSSGraphene 그라펜Iron(III) oxide 산화제이철 Fe2O3

Iron(II,III) oxide, 삼산화철 Fe3O4

Magnesium oxide 산화마그네슘 MgOManganese(II) oxide 산화망간 MnOManganese(III) oxide 삼산화이망간 Mn2O3

Nanoclays 나노클레이Nanofibers 나노섬유Nanosilver 나노은Nickel(II) oxide 산화니켈 NiOQuantum dots 양자점Silicon oxide 산화규소 SiO2

Titanium dioxide 이산화티탄 TiO2

Yttrium oxide 산화이트륨 Y2O3

Zinc oxide 산화아연 ZnOZirconium oxide 산화지르코늄 ZrO2


3435

표 3-3 나노입자종류별응용분야

나노입자 응용분야

Aluminium Coatings and paints Oxide (Al2O3) Polishing slurries.

Airbag propellants and energetic materials Abrasive, blasting, lapping, and polishing applications, particularly in electronics and optics Air purification High-precision optics for lasers Composite reinforcement Dielectrics Fuel cells IR imaging Supercapacitor Transparent ceramics Optoelectronics and military and defense applications such as IR missile domes and ceramicarmored windows Catalysts Specialty optical fiber doped additives Polymer composites as solid lubricants Pipe material in gas discharge lamps. Fuels for space and naval vehicles and propellants for the military Cosmetic filler

Carbon Conductive polymers & composites (automobiles and electronics) Nanotubes Sensors and Instruments (microscope probe tips, gas leak detectors)

High-strength and low weight composites Electromagnetic shielding Sporting goods (tennis rackets) Catalysts (petrochemical) Conductive and sensory textiles & fibers Transparent conducting CNT-based coatings for lower cost and flexible displays and solar cells Replacement lithium ion batteries membranes and filters Semiconducting materials Advanced ceramics Fuel cells Caulks and sealants Touch screen displays with enhanced durability Cathode ray tubes for bright, thin, and more efficient flat displays with long lifetimes, enabled byCNTs’conductivity Electronic circuits for lower power and higher speed enabling new device architectures Anti-ballistic materialsMicrowaves antennas Medical implants Drug delivery Electronic textiles

Nanoclays Nanocomposite film packaging (Food, cosmetics, medical) with Improved oxygen barrier; greaseand odor barrier; Increased Young’s modulus. Products include PET plastic bottles Polymer additives Flame retardant appliances and electrical enclosures (wires and cables) Base for paint, ink, greases Emulsion stabilizer and rheology adulterant for drugs and cosmetics. Rheology adulterant for cosmetics Cleaning detergents Anti-bacterial and mold resistance for paints




Anti-bacterial marine paint (does not require toxic anti-foul) Wear / Chemical resistance for functional coatings. UV resistance for external applications Ceramics and Glazes: decreased thermal expansion in glazes (less likely to crack) Used to slow the progress of water through soil or rocks Used in drilling muds to give the water greater viscosity Used as an absorbent to purify and decolor liquids Filler in paper and rubber Used as a synthetic base of compounds for catalysts and optical-storage materials. Nanoclay can be used as a catalyst by intercalating metallic ions into its layers,burning the material, forming the material into pillared clay, and creating many fine pores in it.Industrial waste water as well as portable water treatment Drug delivery vehicle for controlled release of therapeutic agents Halloysite nanotubes, filled with a pesticide, for controlled release. Saves energy and labor coststhrough reduction in application frequency Halloysite nanotubes in cosmetics and household products with extended and controlled releaseof fragrances

Nanosilver Conductive coatings in displays Electrical Interconnects Electrodes RFID Antennas Security Printing Conductive inks and adhesives Catalysis Anti-bacterial coatings Medical implants

Silicon Oxide Aerogels as light-weight materials and thermal insulators. (SiO2) Filler in rubber and polymer compound materials

Additive to vehicle tires Nanoelectronics fabrication as mask substrate, as agteoxide in MOSFETs or as insulation coatingin ICs Bioceramics (as coatings for implants) Anti-corrosion and wear resistant coatings Insulators with high dielectric properties

Titanium Paints. In printing inks and paint it can greatly improve conglutination aging resistance and scrub Dioxide (TiO2) resistance.

Protective coatings Wastewater purification Air filters Odor elimination Construction materials CosmeticsPlastics Solar cell additives

Antimony tin Cooling additives for automotive interiors oxide (ATO) Reduce resistivity or provide conductivity in electronics

Inkjet printing Transparent conductive, antistatic, radiation-proof coatings.

Bismuth Oxide Plastic components in healthcare applications where high transparency but opacity to X-rays is (Bi2O3) required. Cerium Oxide Additive to polishing suspensions for glass grinding purposes (CeO2) UV protective coatings


3637


Planarization of silicon wafers and the polishing of photomask blanks, lithography optics, highenergy laser lenses and rigid memory substrates Cerium oxides improve catalytic reactions within catalytic converters on vehicles as well as insolid-oxide fuel-cells. To achieve better performance they are frequently doped with rare-earthssuch as yttrium. Ceria nanoparticles are finding application in bio-medical implants Nanoceria is used as a polishing slurry in chemical mechanical planarization, in themanufacturing of integrated circuits Electrolyte material for solid oxide fuel cells (SOFC)

Cobalt(II) Magnetic media in electronics oxide (CoO) Alloys

Catalysts Ceramic pigments CO Sensors

Copper(II) Anti-microbial, anti-biotic and anti-fungal agents when incorporated into coatings, plastics andoxide textiles (CuO) Catalyst and catalyst carrier; as a heat transfer fluid

Glass, porcelain colorants, optical glass polishing agent Rocket propellant burning rate catalyst. Conductive pastes in electronics Sintering additives Lubricant additives

Fullerenes Fullerenes and POSS Organic Photovoltaics

Polymer Electronics Antioxidants & Biopharmaceuticals Additives1 Catalysts for hydrocarbon upgrading (of heavy oils, methane into higher HC, thermal stability offuels etc.

POSS Heat/abrasion resistant paints and coatings Mechanical property modifiers Crosslinking agents Viscosity modifiers Thermal modifiers Fire retardants Medical materials Space resistant resins Packaging/coatings Resins and elastomers Advanced plastics Composite resins Electronic materials Optical Plastics Ablative materials (nozzles, insulations etc.) Claddings/electronics coatings Precursors to glassy or ceramic matrices

Graphene High speed transistors, spin devices, single electron transistors, semiconductor memory, QHRS(Quantum Hole Resistance Standard), RF, MEMS, silicon replacement Composite materials Incredible rigidity lends themselves to nanoscale pressure sensors




Wiring materials Energy storage (fuel cells) Transparent electrodes and laser materials Chemical and bio sensors. Hydrogen storage materials Heat / energy storage, thermal management Coatings

Iron(III) oxide Pigments for paints, varnish, ink, rubber, plastics, cosmetics, etc. (Fe2O3) and Magnetic media Iron(II,III) oxide Catalysts for petrochemical applications (Fe3O4) Biomedical applications such as targeted drug delivery; magnetic cell sorting, diagnosis of brain

tumors and contrast agents in MRI-tomography or in cancer therapy Burning catalysts for solid fuel rockets Magnetic materials in ferrofluids Fuel cells Oxygen sensors Optoelectronic devices Developmental and prototype ceramic components Cleaning up contaminants in groundwater, soil and sediments, heavy metals and in organics. Magnetic labels in biosensing

Magnesium Catalysis oxide (MgO) High-temperature dehydrating agent used for the production of silicon steel sheet, high-grade

ceramic material, electronic industry material, adhesive and additive in the chemical rawmaterial. High-frequency magnetic-rod antenna, magnetic device filler, insulating material filler andvarious carriers used in radio industry. Refractory fiber and refractory material, magnesite-chrome brick, filler for refractory coating,refractory and insulating instrument, electricity, cable, optical material, material for steel-smelting furnace and other high- temperature furnaces, heating material and ceramic base plate. Electric insulating material for making crucible, smelter, insulated conduit (tubular component),electrode bar, electrode sheet. Fuel additive, cleaner, antistatic agent and corrosion inhibitor. Dielectric material in super capacitors Fire retardant materials in plastics

Manganese(II) Magnetic data storage and magnetic resonance imaging (MRI) oxide (MnO) Electronic components and Electrocatalysts Manganese(III) Bleaching agent oxide (Mn2O3) Biosensors

Voltage sensitive material Coatings Plastics Battery additives Imaging contract agents

Nanofibers Electrically conductive polymers Composite materials Scanning probe microscopy tips Electrostatic painting Field electron emission source Carrier material for various catalysts in petrochemistry Automotive (fuel loading systems, mirror housings, electrostatically spray painted automotivefenders, Class A finish for painting, interior parts, bumpers, long-lasting tires, adds electricalconductivity properties to fiberglass reinforced plastics)


3839


Polymer reinforcement Electronic packaging Dust free handling trays for use in clean rooms In vertically-aligned arrays, a platform for genedelivery Aerospace (composite structures, thermal management, EMI/RFI shielding) Environmental and chemical (waste treatment, purification) Silicon wafer productionLithium polymer batteries Fuel cells Disk drive components Crack mitigation for concrete Interconnects CMOS technology

Nickel(II) Lithium nickel oxide cathodes for lithium ion batteries oxide (NiO) Electrochromic coatings

Plastics Textiles High-performance electrode material Catalysts Magnetic fluid Conductive paste Sintering additives Non-metallic conductive coatings Magnetic recording materials Combustion additives Fuel Cell catalysts Lubricant addictive

Quantum Dots Solid state lighting and displays Biopharmaceutics Cancer therapy and diagnostics Disease screening Implants Quantum computing Flexible displays Lasers Anti-counterfeiting Optical components Organic dye-based solar cells

Yttrium oxide Coatings of superconducting cables (Y2O3) Base material for high temperature superconductors

Microwave magnetic materials for military applications Displays Cathode ray tube phosphor coatings Thin-film capacitors and special refractories

Zinc Oxide Transparent conductive thin-films in blue laser diodes, solar cells and liquid crystal displays (ZnO) UV filters in cosmetic emollients used for sunscreen, skincare, and pharmaceutical formulations

UV-protection of e. g. lacquer films and polymer surfaces. Antimicrobial and bacteriostatic agent used in deodorant, medical and sanitary materials, glass,ceramic and self-cleaning materials Vulcanized active agent in rubber industry and catalytic additive in petrochemical industry. Coating, painting, transparent rubber, emulsions and plastics. It increases the strength,compactness, adhesion and high cleanliness of the products; Infrared absorbent.


나노소재(입자) 생산량 추정21)

나노소재는 제조사에 따라 가격 차이가 심하며, 대부분의 나노소

재 제조업체는 산업내에서 한정된 양을 제공하기 때문에 요구되는

재료 특성은 처리 비용을 야기시키고, 같은 소재라 하더라도 다양한

범위의 가격을 나타내게 된다.

나노재료의 가격은 처음에는 양에 의존하고, 두 번째로는 품질에

의존하기 때문에 소비자들은 우선 구입 수량과 분말 특성을 구체화

하면서 가격을 책정해야 한다. 일반적으로 톤 단위 생산은 3~4개월

이 소요된다.



Transparent coatings, polymers, caulks, adhesives and other resin systems. Packaging films UV-protective textiles

Zirconium Ceramics with improved mechanical, electrical, thermal, magnetic and optical performance Oxide (ZrO2) Catalysts 음 부분은수요및생산량측면에서주요한성분을의미함 출처. Future Markets, Inc.(2010)

주21 조사 및 추정 방법: ① 앞에서 언급한 나노소재 제조 기업의 확인, Future Markets, Inc.에서 보유한 정보 데이터베이스에서 주로 추출하 고, 또한 나노소재 관련 제조 기업에 대한 문헌 조사로 보완함. 부차적 정보원으로는 저널, 관련 단행본, 거래 자료, 마케팅 자료, 기술 로드맵, 기타 제품/홍보 자료, 연차보고서, 분석가 보고서, 컨퍼런스 프로시딩 및 기타 자료들임. ② 관련 나노소재 회사 대표들과의 이메일을 통한 일련의 인터뷰,③ 나노소재 회사 대표들에 얻은 정보, Future Market, Inc의 내부 자료 및 시장 보고서에 기반한 산업정보수집및시장추정


4041

표 3-4 나노소재종류별가격및생산량추정 (2010)

나노입자 Kg 당가격고품질나노재료의 추정생산량톤당가격 2010, 톤

Aluminium NaBond Technologies Co., Limited: $160 $90,000 Conservative estimate: 1,750 Oxide (Al2O3) Inframat: $185 Optimistic estimate: 3,000

Strem Chemicals: $425 Meliorum Technologies, Inc.: $945 SkySpring Nanomaterials, Inc.: $2,360

Antimony tin Sigma-Aldrich: $1,988 $150,000 Conservative estimate: 90 oxide (ATO) Optimistic estimate: 160 Bismuth Oxide Inframat: $179 $92,000 Conservative estimate: 25 (Bi2O3) SkySpring Nanomaterials, Inc.: $388 Optimistic estimate: 50

US Research Nanomaterials, Inc.: $398 Sigma-Aldrich: $1,200

Carbon Cheaptubes: $100,000 Conservative estimate: 2650 Nanotubes SWNT $100,000 MWNT $2,000 Optimistic estimate: 3000 Cerium Oxide Inframat: $230 $650,000 Conservative estimate: 10 (CeO2) US Research Optimistic estimate: 22

Nanomaterials, Inc.: $770 NGimat: $1,000 Sigma-Aldrich: $2,900

Copper(II) oxide NaBond Technologies Co., Limited: : $160 $120,000 Conservative estimate: 20 (CuO) Inframat: $179 Optimistic estimate: 200

SkySpring Nanomaterials, Inc.: $572 Meliorum Technologies, Inc.: $1,245

Cobalt(II) oxide SkySpring Nanomaterials, Inc.: $352 $1,000,000 Conservative estimate: 0.6 (CoO) NaBond Technologies Co., Limited: $480 Optimistic estimate: 2

Strem Chemicals.: $596 per 5g Meliorum Technologies, Inc.: $1,000

Fullerenes BuckyUSA: $2,700,000 Conservative estimate: 20 and POSS $20,000-$145,000. POSS $990 per gram Optimistic estimate: 30

NeoTechProduct: $9,500 SES Research: $22,000

Graphene Durham Graphene Science: $500-$4000 N/A Conservative estimate: 28 Graphene Devices Ltd.: $250-$5000 Optimistic estimate: 33 Graphene Industries Ltd.: US$ 0.1 - 1.0 per square micron Vorbeck Materials Corporation: $150-$500 Quantum Materials Corp: $300

Iron(III) oxide NaBond Technologies Co., Limited: $160 $90,000 Conservative estimate: 100 (Fe2O3) and Inframat: $1982 Optimistic estimate: 350Iron(II,III) oxide SkySpring Nanomaterials, Inc.: $380 (Fe3O4) US Research Nanomaterials, Inc.: $7593

Meliorum Technologies, Inc.: $945 Nanostructured & Amorphous Materials Inc.:$1,9804 Nano-Oxides: $2,988



나노입자 Kg 당가격고품질나노재료의 추정생산량톤당가격 2010, 톤

Magnesium Inframat: $199 $500,000 Conservative estimate: 6 oxide (MgO) NGimat: $3,850 Optimistic estimate: 18

Sigma-Aldrich: $9,700 Manganese(II) NaBond Technologies Co., Limited: $650 $1,000,000 Conservative estimate: 0.7 oxide (MnO) SkySpring Nanomaterials, Inc.: $930 Optimistic estimate: 5 Manganese(III) SkySpring Nanomaterials, Inc.: $930 $1,000,000 Conservative estimate: 0.7 oxide (Mn2O3) Meliorum Technologies, Inc.: $1,000 Optimistic estimate: 5 Nanoclays Laponite: $70. Average price $5-$55 per KG. $24,000 Conservative estimate: 8,800

Optimistic estimate: 10,000 Nanofibers Average price is $220 to $350/kg $32,000 Conservative estimate: 780

Optimistic estimate: 1100 Nanosilver Advanced materials: $2,500 $4,000,000 Conservative estimate: 330

Optimistic estimate: 450 Nickel(II) Alpha Nanomaterials: $249 $500,000 Conservative estimate: 5 oxide (NiO) Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.: Optimistic estimate: 15

$420 NaBond Technologies Co., Limited: : $490 Meliorum Technologies, Inc.: $500 SkySpring Nanomaterials, Inc.: $672

Quantum Dots Average price is $3,000 to $10,000 per gram. $4,000,000 Conservative estimate: 17 Optimistic estimate: 22

Silicon Oxide SkySpring Nanomaterials: $700 $60,000 Conservative estimate: 4,300 (SiO2) Sigma-Aldrich: $920 Optimistic estimate: 7,000 Zinc Oxide Avanzare: $22 $90,000 Conservative estimate: 250 (ZnO) NaBond Technologies Co., Limited: $80 Optimistic estimate: 550

Nanoscale Corporation: $80 Inframat: $149 Nanostructured & Amorphous Materials, Inc.:$180 SkySpring Nanomaterials, Inc.: $300 Strem Chemicals: $425 Meliorum Technologies, Inc.: $945

Titanium Avanzare: $225 $90,000 Conservative estimate: 2,500 Dioxide (TiO2) NaBond Technologies Co., Limited: $80 Optimistic estimate: 5,50067

Inframat: $180 SkySpring Nanomaterials, Inc.: $200 Nanoscale Corporation: $277 Meliorum Technologies, Inc.: $945 Nano-Oxides: $3,728 Strem Chemicals: $3,800

Yttrium Oxide Inframat: $285 $230,000 Conservative estimate: 10 (Y2O3) US Research Nanomaterials, Inc.: $2,900 Optimistic estimate: 22

US Research Nanomaterials: $393 Zirconium Inframat: $183 $90,000 Conservative estimate: 20 Oxide (ZrO2) SkySpring Nanomaterials, Inc.: $245 Optimistic estimate: 40

Sigma-Aldrich: $3,000 출처. Future Markets, Inc.(2010)


<표 3-5>에 의하면 산화알루미늄, 탄소나노튜브, 나노클레이, 산

화규소, 이산화티탄 등과 같은 소재의 생산량이 매우 클 것으로 추

정되고 있다. 또한 나노은(은나노)의 경우는 생산액은 그리 크지 않

지만 단위 가격이 매우 높아 생산액 기준으로는 가장 비중이 큰 소

재 다.

4243

표 3-5 나노소재추정생산량및생산액 (2010)

나노입자보수적 긍정적 보수적예측, 긍정적예측,

예측량, 톤 예측량, 톤 US$ US$

Aluminium Oxide 1,750 3,000 157,500,000 270,000,000 Antimony tin oxide 90 160 13,500,000 24,000,000 Bismuth Oxide 25 50 2,300,000 4,600,000 Carbon Nanotubes 2,650 3,000 265,000,000 300,000,000 Cerium Oxide 10 22 6,500,000 14,300,000 Copper(II) oxide 20 200 2,400,000 24,000,000 Cobalt(II) oxide 0.6 2 600,000 2,000,000 Fullerenes and POSS 30 30 54,000,000 81,000,000 Iron(III) oxide and Iron(II,III) oxide 100 350 2,400,000 31,500,000 Magnesium oxide 6 18 3,000,000 9,000,000 Manganese(II) oxide 0.7 5 700,000 5,000,000 Manganese(III) oxide 0.7 5 700,000 5,000,000 Nanoclays 8,800 10,000 211,200,000 240,000,000 Nanofibers 780 1,100 24,960,000 35,200,000 Nanosilver 330 450 1,320,000,000 1,800,000,000 Nickel(II) oxide 5 15 2,500,000 7,500,000 Quantum Dots 17 22 68,000,000 88,000,000 Silicon Oxide 4,300 7,000 258,000,000 420,000,000 Zinc Oxide 250 550 22,500,000 49,500,000 Titanium Dioxide 2,500 5,500 225,000,000 495,000,000 Yttrium Oxide 10 22 2,300,000 5,060,000 Zirconium Oxide 20 40 1,800,000 3,600,000 TOTAL 21,713 31,574 2,644,860,000 3,914,260,000

출처. Future Markets, Inc.(2010)


나노소재 유형별 수요는 전자, 에너지, 플라스틱, 페인트 및 안료

제조업체에 의존하는데, 주요 나노소재 수요자는 다음과 같다.

- 특수화학물질보급회사

- 석유화학회사

- 코팅및페이트회사

- 안료제조회사

- 플라스틱및고무제조회사

- 나노소재응용품개발자

- 대학및정부연구소

나노입자의 주요 고객은 다음과 같다.

- Air Products, Inc.

- Bochemie Group

- Behr Paints

- Cabot

- DAW Caparol

- Degussa

- Hanwha Chemical

- Mitsui

- Nitto Denko

- OCI (oci.co.kr)

- Polyone Corporation

- PPG

- Saint-Gobain

- SH Energy & Chemical

- Sherwin Williams

- Tata Chemicals



주요응용분야별나노융합소재시장은?

PART 4



나노소재는 이미 전자와 건강치료 역에서 시장을 형성하고 있

다. 특히, 웨이퍼 연마 슬러리wafer polishing slurries와 제약 분야에서 나

노소재의 응용이 활발해지고 있다. 또한 나노소재는 자동차, 건축자

재, 에너지 저장 장치와 다양한 소비재(의류, 개인용품, 스포츠 장비

등) 등을 포함하는 다른 시장으로 침투하기 시작했다. 향후 10년

이후에는 나노소재는 선진국에서 다양한 시장에서 상업적 이용이 획

기적으로 확장될 것으로 예상된다. <표 4-1>에서 나타난 바와 같이

미국의 경우, 2020년대에는 반도체 분야는 완전히 나노소재로 대

체되고, 촉매와 제약 분야는 절반이 나노소재로 대체될 전망이다. 그

러나 이러한 장밋빛 예상과 전망에 대한 우려가 있는 것도 현실이다.


주요응용분야별나노융합소재시장은?

주22 M. Roco, J. Nanoparticle Research, vol. 13, p427, 2011

주23 Industry Study 2012, World Nanomaterials Market 2010, The Freedonia Group, Inc.


그럼에도 불구하고 전문가들은 2025년까지 나노소재는 전 세계

전반에 걸쳐 건강치료와 전자시장에서 중요한 부분을 차지할 것으로

예상하고 있다. 더불어 나노소재는 특히 선진 경제 국가에서 에너지

저장 장치, 건축자재, 소비재, 자동차, 포장 등을 포함한 다른 틈새

시장niche market으로 정착할 것으로 전망하고 있다.

나노소재 시장분석 보고서(2010)23)에 의하면 나노소재 세계 수요

는 연간 20%이상 성장하여 2013년에 360억 달러에 이를 것으로

예측하고 있다. 이 시점이 되면 나노소재 수요 측면에서 건강치료

분야는 전자 분야를 추월하여, 수요의 1/3을 차지하는 가장 큰 비

중이 될 것이다. 건강치료 적용분야는 나노소재 기술의 성공적인 상

용화 분야가 될 제약, 약물전달 시스템drug delivery systems 등이다.

2025년까지 의료 상에서 양자점의 사용과 다양한 제약 제품에서

덴드리머dendrimers의 적용은 나노소재의 수요를 증가시켜 120억 달

러에 이를 것으로 예상된다.

2008년에 전자산업은 전체 매출의 거의 40%에 차지하면서 나노

소재 시장의 선도 시장이었다. 화학 기계적 평탄화 슬러리chemical

mechanical planarization(CMP) slurries는 나노 소재가 중요하게 적용된 분야 중

의 하나이다. 실리카와 다른 나노크기 입자는 지난 10년 동안 극소

4647

표 4-1 나노기술의산업부문별침투율 (미국)

미국 2000 2010 2020반도체 0 60% 100%

(100 nm 미만) (~900억달러)0 30% 100%

(새로운나노거동) (~450억달러)신규나노촉매 0 ~35% ~50%

(~350억달러)약제학 0 ~15% ~50%

(치료및진단) (~700억달러)나무 0 0 ~20%

출처. J. Nanoparticle Research (2011)22)


전자제품microelectronics 생산에서 연마제로 널리 사용되어 왔다. 전자

부품의 극소화는 나노소재의 활용 기회를 더 넓힐 것으로기대 된다.

향후 장기적으로는 전자 디스플레이에서 탄소나노튜브와 나노크기

금속과 같은 소재의 사용과 다양항 응용은 CMP 슬러리보다 나노소

재의 더 큰 시장을 열어줄 것이다. 결과적으로 탄소나노튜브 혹은

양자점이 실리콘과 함께 혹은 대체할 수 있는 새로운 반도체 소재로

서 사용될 것이고, 이로 인한 시장 기회는 매우 커질 것이다.

상기 전망에 근거하여 Freedonia Group, Inc(2010)에서 예측

한 나노소재의 주요 응용분야별 세계 시장규모는 아래 <표 4-2>와

같다.

나노소재 세계시장 규모 예측 보고서에 의하면 중장기적인 관점에

서 급속한 성장을 할 것으로 예측된다. 2008년도에 전체 14억 달

러 규모에서 2013년도에 2008년도 대비 2.6배로 성장한 35억

달러로, 2018년에 2013년도 대비 2.5배로 성장한 90억 달러로,

2025년도에 2018년도 대비 3.8배로 성장한 343억 달러 규모로

비약적으로 확대될 것으로 전망되고 있다.


출처. The Freedonia Group, Inc. (2010)

표 4-2 나노소재응용분야별세계시장규모

산업구분 2003 2008 2013 2018 2025 Electronics 232 49.3% 546 39.0% 1,165 32.6% 2,630 29.1% 8,825 25.7%Health Care 141 29.9% 476 34.0% 1,305 36.5% 3,260 36.1% 12,050 35.1%

Energy 3 0.6% 40 2.9% 250 7.0% 1,065 11.8% 5,910 17.2%Others 95 20.1% 338 24.3% 855 23.9% 2,080 23.1% 7,515 22.0%Total 471 100% 1,400 100% 3,575 100% 9,035 100% 34,300 100%

(단위: 백만 달러)


전자 응용 분야 나노소재 시장에 대해

최근 나노소재의 가장 큰 응용분야는 전자부품과 기타 제품이고,

향후에도 주요 시장으로 유지될 것으로 예상되고 있다. 최근 전자분

야 적용에서 나노소재의 수요는 웨이퍼 연마를 위한 CMP 슬러리,

전도성 코팅, 전자기 간섭/무선 주파수 간섭 차폐, 인쇄 전자 전도

성 잉크와 데이터 저장 장치 부품 등에서 발생되고 있다. 향후 3~4

년간 나노튜브 기반 디스플레이와 기억 소자가 상용화될 것으로 기

대되기 때문에, 향후 전자분야에서 나노소재 시장은 더욱 확대될 것

으로 전망된다.

적어도 10년 동안 많은 적용 분야가 가시화되기는 기대할 수 없

지만, 전통적인 실리콘 기술이 현실적인 한계에 도달하기 시작했기

때문에 처리속도와 용량에서 발전을 지속하기 위해서 대체 소재의

채택이 요구되고 있다. 나노소재는 전통적인 논리 및 감지 소자를

대체할 것으로 예상되고, 매우 작고 빠른 저가 컴퓨터, 이동통신장

치 및 MP3 플레이어와 디스플레이와 같은 전자 소비재에 침투할 것

으로 전망된다. 지역별 나노소재 전자분야 시장규모 예측 정보는 <

표 4-3>과 같다.

전자산업 관련 제품에 대한 나노소재의 세계 수요는 2013년에

12억 달러로 증가하고, 2025년경 시장규모는 88억 달러로 급속

히 증가할 것으로 예견된다. 2013년에 시장규모가 큰 지역은 미

국, 기타 아시아/태평양, 일본, 서부 유럽 순으로 추정되고, 2025

년경에는 시장규모가 큰 지역 순위는 미국, 기타 아시아/태평양, 중

국, 일본으로 나타날 것으로 전망된다.

CMP 슬러리가 성숙단계로 진입함에 따라 다른 신흥 소재가 큰 성

장 잠재력을 가질 것이다. 예를 들면 전자파 차폐에 대한 전도성 플

라스틱, 독특한 광학 및 전기적 특성을 가진 디스플레이용 필름 및

코팅, 반도체 및 극소전자제품용 전도성 잉크 등이다. 일반적으로

4849


나노소재 시장은 매우 작고 빠르고 가볍고 강력한 전자 소비재의 수

요와 새로운 나노소재의 출현으로 가속화될 수 있을 것이다. 이를

위해서는 제품의 신뢰성, 일관성과 대량 생산성에 관한 문제 해결을

위한 상당한 연구 개발이 요구된다.

지역별로 보면 2013~2025년 기간에서 나노소재의 전자 분야에

서의 응용은 미국과 아시아가 전체시장의 80%를 상회하면서 지속적

으로 시장을 주도할 것으로 예측된다. 특히, 중국의 경우 2013년

에 시장점유율 6%에서 2025년 16%로 상승할 것으로 예측되고 있

다. 이것은 미국과 일본과 같은 국가의 기술적 고도화 수준과 연관

이 있고, 더불어 중국, 한국, 대만과 같은 국가에서 선도적인 전자

제조업이 있기 때문이다. 미국의 경우 CMP 기술의 급속한 채택으로

인한 전자산업에서 선도적인 역할을 하 다. 그러나 아시아 지역에

서 전자제품 생산이 증가됨에 따라 나노소재 수요의 주요 목표시장

이 되고 있고, 나노기술의 장점을 적극적으로 활용하고 있다. 따라

서 전자분야는 중국, 일본, 한국, 싱가포르, 대만 등과 같은 국가에

서 나노소재의 주요 시장이 될 것이다. 왜냐하면 이들 국가에서 나



표 4-3 지역별전자산업나노소재시장규모예측

구분 2003 2008 2013 2018 2025 United States 62 154 353 850 2755

Other Americas 5 13 28 70 285western Europe 31 73 163 365 1,115

China 11 25 73 250 1,450Japan 62 126 252 520 1,430

Other Asia/Pacific 55 139 263 495 1,500Eastern Europe 4 11 23 60 230Africa/Mideast 2 5 10 20 60

Total 232 546 1,165 2,630 8,825

(단위: 백만 달러)


노기술의 적용을 촉진하기 위한 국가적 산업적 노력이 증가되고 있

기 때문이다.

반도체(Semiconductors)

웨이퍼 광택을 위해서 사용되는 실리카, 알루미나, 산화세륨 등

나노크기 연마제의 사용이 나노소재 시장의 초기 단계 주요 시장이

었다. 실제로 반도체 제조를 선도하고 있는 한국과 대만이 최근 나

노소재 시장의 큰 부분을 차지하고 있다. 향후 10~20년에 걸쳐 트

랜지스터, 다이오드와 절연체와 같은 주요 부품에 대한 개선된 또는

완전히 새로운 구조 재료의 개발은 기존 소재들의 실질적인 한계로

인해 필요하게 될 것이다. 실리콘 자체의 한계는 상당한 기간 후

나노소재 시장에 상당히 큰 기회를 제공할 수 있다. 실리콘의 교체

시기는 잠재적인 대체 기술의 기술적, 생산적 단점과 더불어 대규모

자본이 실리콘 기반에 투입되었기 때문에 적어도 10년 정도 소요될

것으로 예상되며, 그 전까지 실리콘은 산업표준으로 유지될 가능성

이 높다.

빠른 속도, 낮은 전력 사용 및 제품 크기의 감소에 대한 요구 때

문에 부품의 크기 또한 신속하고 지속적으로 감소할 것이다. 이러한

지속적인 소형화 추세는 반도체 산업에서 소재 및 처리 기술에 대한

개선과 개발을 일으키는 동인이 되고 있다.

나노소재는 웨이퍼 재료 및 광택 연마재, 트랜지스터, 집적회로,

리소그래피, LED와 절연체 등을 포함한 반도체 제조에 사용되는 거

의 모든 부품과 처리에 향을 미칠 것으로 예상된다. 그러나 향후

10년 이내에 생산자가 연결성, 높은 불량률, 대량생산 등과 같은

문제를 극복할 수 있다면 나노소재는 반도체 로직과 기억장치에서

기존 소재를 대체할 것으로 예상된다.

5051


디스플레이

디스플레이 분야에서 나노소재의 세계 수요는 모니터, 휴대 전화

및 디지털 음악 플레이어와 같은 디스플레이 적용분야에서 작고 가

볍고 유연하고 효율적이고 고성능이며 저가 제품의 필요성이 증가함

에 따라 향후 증가될 것으로 예상된다. 대부분 화면의 해상도는 구

성 요소의 크기와 선명하고 명확하고 밝은 상의 디스플레이의 생

산을 가능케 하는 나노크기의 채택에 따라 결정된다. 이 분야는 디

스플레이 생산을 주도하고 있는 한국, 일본, 중국과 대만과 같은 국

가가 중요한 수요처가 될 것이다. 그럼에도 불구하고 미국, 서부 유

럽과 같은 국가에서 산업적 군사적 적용분야에서 고성능 전자 디스

플레이에 대한 개발이 추진되고 있기 때문에 주요 수요처가 될 수

있을 것이다.

디스플레이에 적용되는 주요 나노소재는 탄소나노튜브, 금속 산화

물과 금속이다. 또한, 디스플레이 생산에 잠재적으로 응용될 풀러렌,

양자점과 덴드리머와 같은 많은 새로운 소재가 개발되고 있다.

디스플레이에서 소재의 대부분은 나노소재보다 전통적인 소재이

고, 디스플레이 생산업자와 소재 공급업자들은 성능과 비용 측면 때

문에 더 작은 재료의 사용을 요구하고 있다. 예를 들면, 은 나노클

러스터는 전기 발광 디스플레이에 적용될 수 있다. 나노크기 실리카

는 전계방출 디스플레이field emission display 기술을 사용하고 음극선관의

벌크성을 감소시켜 황화아연 형광체 코팅으로 사용할 수 있으며, 투

명 전도성 산화물막의 중요도도 증가할 것으로 예상된다.

나노튜브 기반 디스플레이를 개발하고 있는 주요 기업으로는 캐논Canon, 후지쯔Fujitsu, 엘지LG, 모토로라Motorola, 엔이씨NEC, 삼성Samsung,

소니Sony, 도시바Toshiba 등이다. 모토로라Motorola는 나노튜브 기반 디

스플레이를 생산하기 위해서 세텍 테크놀로지Cetek Technologies와 합작

기업을 설립하여, 시제품을 이미 출시한 바 있다. 그리고 유니다임



Unidym은 차세대 디스플레이를 생산하기 위해서 엘지, 삼성과 공동으

로 개발을 추진하고 있는데, 이러한 제휴의 목적은 개선된 전기 동

전자종이 디스플레이를 개발하는 것이다. 참고로 2008년에 삼성은

탄소나노튜브 기술에 기반을 둔 전기 동 디스플레이 시제품을 출시

한 바 있다.

기타 전자 제품

전자분야에서 나노소재의 다른 잠재적인 응용은 광섬유 부품과 시

스템, 수동 부품, 전기 방전 보호와 같은 제품과 컴퓨터 하우징 및

기타 관련 제품, 레이저, 스위치, 센서 및 인쇄 회로 기판에 대한 차

폐가 포함된다. 이 분야에서의 시장은 전반적으로 전자 장비의 지속

적인 소형화 추세로 인해 상당한 증가가 예상된다.

건강치료 응용 분야 나노소재 시장에 대해

나노기술의 융합은 나노소재로 대표되면서 더욱 중요성이 커지고

있는데, 그중에서도 그 향력과 가능성이 높은 분야는 건강치료 분

야라 할 수 있다.

나노소재 기술의 건강치료 분야로의 융합은 크게 칩상의 실험실lab-

on-a-chip로 대표되는 나노소자nanodevices 분야와 나노의약품nanomedicine

분야로 나눌 수 있고(<그림 4-1>), 소재 측면에서 보면 나노소자에

는 나노물질, 나노 현탁액nanosuspensions 등이, 나노의약품에는 금 나

노입자나 은 나노입자 등의 나노입자가 주로 사용된다고 할 수 있

다.24)

특히, 나노의약품은 다양한 의료 분야에서 중요성이 인정되고 있

는데, 주요 특성은 생물학적 장애biological hurdles를 통과하고, 종양 사

5253

주24“Trends in Chemicals and Materials-Healthcare and Personal Care", Frost & Sullivan Analysis (2012)


이트sites에 응집하여 약물의 용해도를 증가시키는 나노입자의 능력

(예, 은 나노입자)에 있다. 또한 자기 치료 세포 응답을 유도하거나

임플란트의 적응성acceptability을 매우 개선시켜주기도 하고, 특정한 작

은 분자량 약물의 용해도를 높이기 위해 나노 현탁액을 사용할 수

있다는 점이다.

이러한 나노의약품 중에서도 상용화 가능성이 매우 높고 시장이

가시화되는 분야가 나노입자를 기반으로 하는 암 치료제를 들 수 있

다. 나노입자는 실험실적 진단과 표적지향 의약품drug targeting 등과 같

은 다양한 바이오 의학적 응용 분야에 활용 가능하며, 나노입자의

표적암 치료는 펩티드, 단백질 또는 항체와 같이 암 바이오 치료제

를 함유하고 있는 결합체conjugates 형태로 사용된다.

차세대 암치료용 나노입자로는 초상자성 나노입자superparamagnetic

nanoparticles, 금 나노입자, 상호활성 나노입자interactive nanoparticles (금

나노로드nanorod와 산화철 나노결정의 결합체로 구성)등이 부각되고

있다.

작은 분자를 사용하는 화학치료나, 항체를 사용하는 표적지향 치


출처. Frost & Sullivan 2012, KISTI 재작성

그림 4-1 건강치료용나노소재의범위: 응용에따른분류


료 등과 같은 기존의 암치료는 암세포를 표적하는데 있어서 정 도

가 높지 않았다. 그러나 나노입자들은 건강한 세포의 손상을 주지

않으면서 특정 암세포를 확인하고, 표적하여 죽일 수 있다는 특징을

가지면서 표적지향 암 의약품인 나노입자 결합체는 기존의 표적지

향 치료와 비교하여 탁월한 치료 효능, 특정성 및 선택성을 나타낸

다.25)

몇몇 나노입자 결합체에는 연구실 단계 제품으로, MIT에서 개발

한 비활성 나노입자와 RNA 나노구(리피드계 양이온성 나노입자에서

캡슐화된 RNA) 등이 있고, 시티뮨Cytimmune과 나노스펙트라 바이오테

라피NanoSpectra Biotherapies와 같은 회사에서는 이미 온열계heat-based 나

노입자 처리제를 시제품으로 내놓고 있으며, 2016년에 몇몇 상기

결합체의 제1차 임상시험이 완료될 예정이어서 상용화가 가시화되고

있다.

시장동향 및 예측

건강치료 분야에 사용될 수 있는 나노소재 세계 시장규모는 매년

22%의 성장을 지속하여 2013년에 약 13억달러에 이를 것이고,

나노소재 시장에서 두 번째로 큰 시장이 될 것으로 추정된다. 성장

추세를 고려하면 2025년까지 건강치료용 나노소재 세계시장은 약

120억 달러에 이를 것이고, 나노소재 시장에서 전자산업 분야를 상

회하여 가장 큰 시장이 될 것으로 예측된다. 건강치료 산업에서 나

노소재는 활성 성분, 약물전달 시스템drug delivery system과 같은 제약분

야에서 초기에 상업적 성공이 강하게 나타날 것으로 보인다.

대형 제약산업은 다양한 시장에서 나노소재에 대한 장기적 수요를

5455

주25 "Top Technology Trends in Health and Wellness-Nanoparticle-based Tehrapies--CancerTehrapeutics", June 2012, Frost & Sullivan


보여주고 있다. 그러나 미국, 유럽, 일본 등과 같은 국가에서 약효

성분에 대한 엄격하고 장기적인 규제 승인 절차는 어느 정도 상용화

단계를 지연시킬 수 있다. 반면에 규제 환경이 엄격하지 않은 지역

의 제약분야에서 나노소재의 사용이 조기에 이루어질 수 있다.

미국은 시장규모가 상대적으로 작은데도 불구하고 나노기술에 기

반을 둔 건강치료 제품을 상용화하는데 주도적인 역할을 하 다. 시

장 성장은 미국에서 강하게 유지될 것으로 전망되고, 2025년경에

건강치료 나노소재 세계시장의 절반을 상회할 것으로 예측된다. 물

론 서유럽, 일본과 호주에서도 고수익 시장이 형성될 것이고, 중국,

대만, 인도, 기타 제약 산업이 상대적 강한 국가에서 잠재 수요가

증가할 것으로 예상된다. 지역별 나노소재 건강치료 분야 시장규모

전망은 <표 4-4>와 같다.

건강치료용 나노소재 수요에서 미국과 서유럽이 전체시장의 80%

를 상회하면서 지속적으로 시장을 주도할 것으로 예측된다. 특히,

중국의 경우 2013년에 시장점유율 1%에서 2025년 4%로 상승할

것으로 예측되고 있다. 기타 아시아/태평양 지역에서도 3%에서 5%



표 4-4 지역별건강치료용나노소재시장규모예측

구분 2003 2008 2013 2018 2025 United States 71 242 705 1695 6055

Other Americas 2 10 33 105 420western Europe 54 172 412 1005 3435

China - 4 16 72 530Japan 7 21 60 155 560

Other Asia/Pacific 3 15 43 128 595Eastern Europe 2 9 27 72 340Africa/Mideast 2 3 9 28 115

Total 141 476 1305 3260 12050


로 확대될 것으로 전망된다.

제약 생산과 약물전달 분야에서 나노소재 세계 수요는 2013년을

지나면서 급격히 상승할 것으로 예측된다. 2025년까지 나노소재의

제약 시장은 많은 나라에서 제약 화학 생산의 양을 고려하면 약

100억 달러 정도로 추산된다.

나노소재 기반 제약에서 상용화는 미국, 호주, 국 등에서 가장

선도적으로 수행되고 있다. 그러나 장기적인 관점에서 로벌 제약

산업에서 주요 역할을 하고 있는 중국, 인도, 대만 등과 같은 국가

에서도 시장 성장이 확대될 것으로 예견된다.

약물 전달 및 생체 이용률을 향상시키기 위한 노력에 의해 성장이

주도될 것인데, 특히, 물 용해도가 낮은 약물, 상당한 부작용을 가

진 약물 등과 같은 경우가 이에 해당된다. 더불어 나노소재는 암 퇴

치, HIV, 다른 중질환에 대한 신약 개발에 적용될 수 있다.

개발 및 시장경쟁상황

건강치료용 나노소재의 주된 응용 분야는 나노의약품이라 할 수

있는데, 이 분야는 기존에 사용되고 있는 의약품에 나노기술을 융합

하여 개발하기 때문에 개발 및 상용화가 단기간에 가능한 것이 특징

이다. 나노의약품은 선진국에서도 2000년대 이후 연구개발이 본격

적으로 시작돼 한국과의 기술격차가 크지 않다고 판단되고 있으며,

전세계적으로는 미국, 유럽, 일본, 한국, 호주 등이 이 분야에 있어

서 연구 및 응용 활동이 활발하다.

미국은 기초 및 응용 연구분야 모두 활동적이며, MIT와 캘리포니

아 공대California Institute of Technology가 선구자적으로 리피드lipid계 양이온

입자에서 금 나노로드에 이르기까지 몇 가지 다양한 형태의 나노입

자들을 사용하고 있다.

시티뮨Cytimmune, 템포 파마슈티칼Tempo Pharmaceuticals 및 카티젠트 테

5657


라피Carigent Therapeutics와 같은 회사들은 이미 암 약물 전달을 위한 나

노규모의 시스템을 개발하고 있다. 오르토 바이오테크Ortho Biotech(죤

슨앤죤슨 자회사)은 이미 리포좀Liposome 나노입자인 독실Doxil을 사용

하여 이와 같은 시스템을 제조하기 시작하 다.

유럽에서는 투르쿠 바이오 센터Turku Center for Biotechnology(핀란드), 런

던 대학( 국) 및 카롤린스카 연구소Karolinska Institut(스웨덴)는 선도적인

연구를 기울여 왔는데, 전립선, 췌장 및 대세포 폐 종양non-small cell

lung tumors과 같은 암 치료에 금, 다공성 실리카 및 탄소계 나노입자

등을 사용하고 있다. 또한 나노비오틱스Nanobiotix와 앙상블 테라피Ensemble Therapeutics(프랑스) 및 마그나메딕스Magnamedics(독일)은 나노입

자계 암 치료제를 개발하고 있는 유명한 회사이다. 게다가 유럽연

합은 2020년까지 로드맵을 구축하여, 나노입자 기반 약물전달에

대해 단계별 개발 계획을 포함시키고 있다.

아시아에서 일본은 동경의약품연구소Tokyo Institute of Medicine와 리켄

연구소Riken Institute에서 백금과 실리카 나노입자를 표적암 치료에 적용

하는 것을 연구해왔다. 그리고 한국의 한국과학기술연구원KIST에서는

종양 표적지향용 키토산계 나노입자 개발을 선도하고 있다. 또한 대

만의 국립건강연구소National Health Research Institute는 진단 조형제와 항암

약물을 결합함으로써 암에 나노입자의 사용을 최적화하고 있다.

호주는 기초 연구에 국한되고 있는데, 남호주 암협의회Cancer Council

SA는 왕립 애들레이드 병원Royal Adelaide Hospital에 있는 한슨 연구소Hanson Institute와 남호주대학South Australia Univ.에 있는 와크 연구소Wark

Institute에 자금을 지원하여 이와 같은 나노입자를 개발하도록 하고

있다.



나노의약품은 미국, 유럽, 한국, 대만 및 일본 등과 같은 수많은

국가에서 기술 혁신의 주요 핵심 발전분야로 여겨져 왔다. 특히, 유

럽연합 집행위원회EC는 6차 프레임워크 계획 이래로 나노의약품을

주요 핵심 연구로 집중해 오고 있는데, 2004년 이래 지금까지 이

분야에 이미 3억6천7백만 달러(약 4천억원)27)를 집행해왔다.

나노의약품에 있어서 여러 응용 분야, 즉, 활성 임플란트, 약품/

치료제, 바이오물질, 이미징, 생체외in vitro 진단 및 약물전달 중에서

표적지향 암 치료를 포함하는 약물전달 분야가 유럽과 미국에서는

나노의약품 관련 연구 자금의 59%가 이 분야에 지원될 정도로 우선

순위가 가장 높아 향후 관련 시장 비중도 클 것으로 예상된다.

5859

출처. NIH, EC, KIST, ITRI

그림 4-2 국가별나노의약품연구개발투자 (2011~2012)26)

주26 "Top Technology Trends in Health and Wellness-Nanoparticle-based Tehrapies--CancerTehrapeutics", June 2012, Frost & Sullivan

주27 1달러당 1,100원 적용


건강치료용 나노입자의 전망

나노의약품 중에서 특히 시장의 가시화가 예상되는 나노입자에 대

한 다가올 가까운 미래(2015년경)에서의 개발 및 응용 전망을 살펴

보면 다음과 같다.

리피드계/리포좀 나노입자의 경우 테크미라 파마수티칼스Tekmira

Pharmaceuticals 및 인캡슐라 나노사이언스Encapsula Nanoscience와 같은 기

업에서 이미 제약용 리피드 나노입자를 개발중에 있고, 머크Merck,

아스트라제네카AstraZeneca 및 노바티스Novartis와 같은 제약회사와 정부

와 공동 개발 및 라이센싱 프로젝트를 수행할 전망이다.

탄소나노튜브계 나노입자는 맥길McGill, 랭카셔 대학Univ. of Lancashire,

사우스플로리다 대학Univ. of South Florida 및 스탠포드 대학에서 약물 전

달에 도움을 주는 탄소나노튜브를 확인하 고, 미국립알레르기전염

병연구소National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), 미방위고등연구

계획국Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) 및 의료연구위원회로

부터의 자금지원을 받아 어플라이드 리서치Applied research가 연구를 수

행할 전망이다.

복합 나노입자의 경우는 MIT에서 금 나노로드와 산화철입자를 사

용한 복합체인 상호활성 나노입자의 사용을 시범 제조하 고, 이러

한 나노입자들은 전입상 단계에서 가슴 및 폐 종양에 약물 유효량을

분배하고 운반하는 것을 탐색할 전망이다.

실리카계 다공성 나노입자는 낸시대학Nancy Univ.에서 광역학 치료로

제안되고, 코넬대학Cornell Univ. 또한 주요 참여자이며, 이러한 나노입

자는 UCLA, NIST 및 NIH에서 전임상 시험될 것이고, 광형광 입자

는 특히 피부관련 의약품에 유용할 것으로 전망된다.

금 나노입자의 경우는 MIT에서 항암 치료제와 결합하여 사용되고

(나노로드 및 콜로이드 입자), 이러한 입자의 효능을 생체외적으로

다른 바이오 치료제와 시험하고, 파일롯 테라피Pilot Therapeutics사와 같



은 신생기업이 참여할 예정이다.

이와 같이 진단치료용 나노소재는 나노입자에서 시장의 가시화가

먼저 나타날 것으로 예상되며, 이러한 신소재·나노융합 산업의 발

전은 선진국으로부터의 관련 제품 수입 의존도가 크게 낮출 것으로

기대되고, 전체 시장의 50% 가량을 중소·벤처기업이 점유할 것으

로 전망돼 중기 발전에도 큰 도움이 될 것으로 보인다.

에너지 응용 분야 나노소재 시장에 대해

나노 입자는 다양한 분야의 기술 또는 산업과 융합하여 고부가가

치 산업을 창출할 가능성이 높은 소재라 할 수 있다. 그 응용 역

으로는 우주항공, 자동차, 코팅, 위생, 복합체, 건설 및 외장보호,

화장품 및 개인 생활용품, 광·전자, 에너지, 환경·수처리, 의료

및 바이오, 국방, 포장, 섬유 등 매우 다양하다.

이 중에서도 성장성이 매우 높은 역중 하나가 에너지 분야라 할

수 있는데, 에너지 분야에서의 나노 분말의 융합 역은 신재생 에

너지와 기존의 석유·가스 산업 역으로 크게 구분할 수 있다.

먼저 신재생 에너지 분야에서는 대표적으로 태양전지에서의 응용

을 들 수 있는데, 태양광을 흡수하는 염료 분자로 코팅되고 다공성

의 이산화티탄 나노 입자층으로 구성된 염료-감응형 태양전지의 핵

심 첨가제로의 활용을 들 수 있다. 또한 나노 재료는 태양전지의 수

분 보호를 위해, 수증기와 산소에 민감한 유기 재료가 쉽게 열화되

는 것을 방지하여 장치의 수명을 늘리는데도 사용된다.

그리고 자기정화 코팅self-cleaning coating은 먼지와 물에 대해 태양전

지 패널을 보호하는데 응용되는데, 이때, 정화된 태양전지 패널은

에너지를 더 효율적으로 보존하고, 정화량도 줄여준다.

필킹톤Pilkington사는 최근 태양전지 패널용 자기 정화 코팅제Pilkington

Activ SuncoolTM를 생산하고 있으며, 카멜릭Chamelic사는 이의 서브 시장인

6061


방진anti-dust 나노 코팅제를 개발하고 있다.

석유·가스 분야에서는 주로 부식 방지anti-corrosion용으로 나노구조

코팅을 이용하고 있다. 유정용 강관 시장Oil Country Tubular Goods market

(OCTG)에서 제기된 주요 문제점은 다운홀 파이프downhole pipe, 표면 파

이핑, 압력 용기, 저장 탱크 및 다른 설비들의 부식, 마모 또는 다른

요인들에 의한 열화이다.28) 열 차단, 내마모성과 내식성이 우수한 나

노 물질은 설비와 파이프라인의 작업 수명을 연장시키고 개조한다는

점에 큰 관심이 모아지고 있다. 나노 물질의 코팅은 시추 플랫폼,

다리 및 금속 건축물과 같은 구조물이 침식되는 것을 보호해 준다.

그리고, 차단 밸브, 펌프 및 압축기 설비를 부식에서 보호하고, 시

추, 석유와 가스 추출, 처리 및 정제용 장치를 마모나 손상으로부터

보호한다.29)

침식 및 고온 환경에서의 나노구조 코팅은 다양한 파이프라인 제

품에 사용된다. 많은 아시아 및 중동 국가의 석유 및 가스 회사들과

쉘Shell과 비피BP와 같은 다국적 석유가스 회사들은 이러한 부식 방지

용 파이프라인 코팅액에 대한 수요가 매우 높다.30) 러시아 정부 또한

티에스피씨Technological Systems for Protective Coatings Co. (TSPC)사의 이러한 분야

에 많이 투자하고 있다.

부식 열화로 인한 손실 비용은 유럽에서 1년에 약 2,000억 유로

(약 290조원)31), 미국에서는 1년에 2,700억 달러(약 300조원)32)

를 상회할 것으로 추정된다.33) 부식관련 연간 손실 비용은 직접 비용

과 간접 비용으로 구성되는데, 직접 비용은 부식 방지를 위한 설계,

제조 및 건설 비용과 관련되고, 간접 비용은 부식 관련 검사, 유지

및 보수와 관련된 것이다.34)

관련 제품 및 업계 동향

에너지 분야에서 향후 4~5년까지는 나노입자 기반 리튬 이온



lithium ion 배터리가 시장을 지속적으로 점유함에 따라 나노소재의 주요

적용 분야는 배터리가 될 것이다. 그리고 향후 10년에 걸쳐서는 연

료 전지fuel cell와 태양 전지photovoltaic cell 기술이 상업적으로 부각하게

되면, 나노소재를 사용하는 촉매제catalysts와 다른 성분에 대한 시장

이 열릴 것으로 기대된다. 수소저장과 대체 에너지 기술이 나노 소

재에 성장 기회를 제공할 것으로 기대되며, 미국과 아시아에서 휴

대용 가전제품용 소형 연료전지도 상당한 연구 개발이 이루어지고

있다.

6263

주28 http://www.xurex.com/markets/oil-gas

주29 http://www.allbusiness.com/construction/construction-overview/13753429-1.html

주30 http://www.azonano.com/news.asp?newsID=13811

주31 1유로당 1,450원

주32 1달러당 1,100원

주33 Self-healing nanotechnology anticorrosion coatings as alternative to toxic chromium,

http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=6555.php

주34 http://www.corrosioncost.com/corrosioncosts.htm

주35 http://nanoall.blogspot.kr/2012/08/nano-trees-for-dye-sensitized-solar.html


그림 4-3 염료감응형태양전지구성도35)


충전용전지Rechargeable batteries

나노결정 재료와 나노튜브는 충전용 전지의 전력 도, 수명 및

충/방전 속도 모두를 월등히 개선해주는 역할을 하며, 여기서 나노

튜브는 리튬-흑연-전극의 일반 흑연을 대체하는데 사용된다.36) 하

이브리드 전기 자동차 hybrid-electric vehicles에 사용하기 위해서는 비용면

에서 효율적인 배터리 팩의 상용화가 중요한데, 리튬 이온 배터리는

나노 소재 제품의 개발이 관건이 되고 있다. 예를 들면, Alrair

Nanotechnologies는 리튬 이온 전지에서 흑연을 대체하기 위해서

나노크기의 티탄산리튬lithium titanate 소재를 개발하 는데, 제조 업체

에 의하면 이 소재를 사용한 배터리는 고열, 고속 과충전high-rate

overcharging, 펑크punctures 등을 견뎌낼 수 있다고 주장하고 있으며,

NEI도 유사한 배터리용 티탄산리튬 나노 소재를 제조하고 있다.

연료전지

향후 수십년 동안 선진국에서 연료 전지의 전반적 수요는 현저하

게 증가할 것으로 예상되고 있다. 이러한 전망은 나노기술 기업들이

제품을 개발하기 위해서 연구개발에 상당한 투자를 할 것이기 때문

이다. NEC는 소형장비에 적용할 탄소나노튜브 특성을 가진 연료전

지 시제품을 출시했고, 몇 년 안에 상용화될 것으로 기대하고 있다.

NexTech Materials는 고체산화물solid oxide을 더 싸고 효율적으로 생

산하기 위한 나노크기 전해물질 분말electrolyte powder을 생산하 다.

2008년 12월 중국의 Wuhan 대학 연구진은 니켈 나노입자를

포함한 촉매제를 이용하여 알칼리성 연료전지의 개발을 발표한 바

있다. 또한 2009년 2월 미국의 데이턴 대학Univ. of Dayton 연구진은

연료전지에서 백금보다 매우 효과적인 촉매제로 질소로 도핑된 탄소

나노튜브를 찾아냈고, 이것은 전류를 4배 정도 많이 발생시키는 것

으로 알려졌다.



나노 입자 촉매를 포함하고 있는 나노구조 재료는 연료전지 기술

의 발전에 중요한 역할을 해왔다. 연료전지에 있어서 가장 유망한

나노구조 재료는 탄소로 담지된 1~5 nm 범위의 정 한 금속 입자

로 구성된 촉매이다. 촉매로 나노-티탄을 포함하는 나노-마그네슘

또는 나노-마그네슘-알라네이트는 저장 재료용으로 매우 유망한 후

보 소재이다.

태양전지등

에너지 발전과 저장분야에서 나노 소재의 응용은 태양전지solar cells,

메탄 연소methane combustion, 폐기물 연료전환waste-to-fuel conversion 등에

가능하다. 나노 크기의 이산화티탄은 염료-감응형 태양 전지를 구성

하는데 중요한 역할을 한다. 이러한 전지는 태양광선을 흡수하는 염

료 분자로 이산화티탄 나노입자를 덮은 입자들의 다공성 층으로 구

성된다.

나노 소재의 사용으로 태양 전지 핵심 부품의 가격을 절감시킬 수

있기 때문에, 나노 소재는 태양광 분야의 에너지 시장에서 핵심적인

역할이 기대된다. 한국에서 고급의 나노 제품은 태양광에 적용되는

나노크기의 알루미나, 산화아연과 산화인듐주석 등이 있다. 그리고

여러 기업들이 나노 소재 잉크, 코팅, 태양전지를 위한 박막 개발에

참여하고 있다. 이러한 분야에 적용될 나노 소재는 나노 크기의 금

속, 탄소나노튜브와 풀러렌fullerenes 등이다.

6465

주36 www.nanologue.net/custom/user/.../NanologueBackgroundPaper.pdf


시장 동향 및 전망

세계시장 분석 보고서(Freedonia Group, 2010)37)에 의하면 나

노 소재는 중장기적인 관점에서 급속히 성장할 것으로 예측되었다.

2008년도에 전체 1,400백만 달러 규모에서 2013년도에 2008

년도 대비 2.6배로 성장한 3,500백만 달러로, 2018년에 2013

년도 대비 2.5배로 성장한 9,035백만 달러로, 2025년도에

2018년도 대비 3.8배로 성장한 343억 달러 규모로 비약적으로

확대될 것으로 전망되고 있다.

전체 나노 소재 시장 규모에서 선도적인 주요 산업은 전자와 건강

치료 분야이다. 전체 시장에서 전자분야가 차지하는 비중은 중장기

적 기간에 따라 39%(2008) 33%(2013) 29%(2018)

26%(2025)으로 점진적으로 낮아질 것으로 전망된다. 그리고 건강

치료 분야가 차지하는 비중은 중장기적 기간에 따라 34%(2008)

36%(2013) 36%(2018) 35%(2025)로 안정적으로 유지할 것

으로 예상되고 있다. 반면 에너지 분야가 차지하는 비중은 중장기적

으로 3%(2008) 7% (2013) 12%(2018) 17%(2025)로 타

분야에 비해 두드러지게 증가할 것으로 전망된다.



그림 4-4 나노소재의에너지분야응용비중변화


에너지 분야에 적용되는 제품에 대한 나노소재의 세계 수요는

2013년에 250백만 달러(약 2,750 억원)로 증가하고, 2025년에

는 2013년 대비 23.6배가 증가한 5,910백만 달러(약 6조5천억

원)로 타분야에 비해 급속히 증가할 것으로 예상된다. 2013년에 시

장 규모가 큰 선도 지역은 미국과 서부 유럽, 일본이고, 기타 아시

아/태평양과 중국이 상대적으로 작은 시장을 형성하고 있다. 2025

년경에도 미국, 기타 아시아/태평양, 일본, 중국, 서부유럽 순으로

주요 시장수요가 형성될 것으로 예상된다.

6667

출처. The Freedonia Group, Inc.(2010)

표 4-5 지역별에너지발전과저장산업나노소재시장규모

구분 2003 2008 2013 2018 2025 CAGR United States 2 16 93 380 1930 36.7%

Other Americas 1 8 35 220 37.3%western Europe 10 46 185 855 29.9%

China 1 14 91 865 48.9%Japan 1 7 45 185 915 36.3%

Other Asia/Pacific 5 38 159 925 35.9%Eastern Europe 4 23 150 35.3%Africa/Mideast 2 7 50 30.8%

Total 3 40 250 1065 5910 41.2%

(백만 달러)

주37“World Nanomaterials Market 2010”, The Freedonia Group, Inc.(2010)



향후나노융합소재로펼쳐질미래는?

PART 5



급속 경화 나노 시멘트38)

건축물 건설은 시멘트를 재결정화하여 칼슘과 알루미늄 실리카의

복잡한 혼합물을 만들어내는 능력에 의존한다. 이 공정은 표면적에

의존하기 때문에, 마이크로 크기의 시멘트 입자들이 굳는 데는 수

주가 걸렸다. 그러나 나노시멘트는 수분 내에 굳게된다. 나노시멘트

제조법은 열분해법의 일종으로 연소되는 칼슘, 알루미늄, 철 및 망

간 혼합물 액체 전구체Precursor를 불꽃에 뿌려 그 재를 채취하는 화염

분사 합성법Flame-spray Synthesis 방법이다. 나노 입자의 합성은 1시간당

8그램의 수율로 얻어질 수 있다.


향후나노융합소재로펼쳐질미래는?

주38 nanotechweb.org, 2007.09.27

주39 fnnews.com, 2007,09.12.



정수용 필터

나노기공 필터39)

나노크기 기공을 갖는 다공체를 이용한 환경소재로의 응용은 조대

기공과 나노기공이 조합된 대기 정화용 세라믹 다공성 필터가 있다.

최근 한국과학기술연구원의 복합기능세라믹스연구센터에서 상용화한

분리막membrane 필터는 알루미나를 지지체와 2개의 중간층, 최종 여

과막 등 여러 층으로 코팅해 필터 각 층의 균일한 미세구조와 막의

균열을 제어함으로써 30 nm의 미세한 입자까지 걸러낼 수 있다.

또한 19개의 기공이 있는 다공성 필터로 모듈화해 여과처리면적을

확대했을 뿐 아니라 역세척을 통한 필터재생이 가능하도록 제조하

다.

한편 이러한 나노크기 기공을 갖는 분리막은 액체의 경우에도 적

용할 수 있다. 기공크기에 따라 정 여과microfiltration, 한외여과ultrafiltration, 역삼투압reverse osmosis 및 나노여과nanofiltration 등으로 구분되

는 분리막은 산업용수 및 수돗물의 생산, 정수하는 용수처리 분야와

하수, 오수, 폐수 등을 처리하는 폐수처리 분야 등의 적용이 가능하

7071

그림 5-1 급속경화나노시멘트 그림 5-2 나노정수필터40)


여 이러한 수처리 분야에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.

국내의 경우 한국화학연구원은 기존 역삼투막 방식보다 50%의

낮은 압력에서도 세계 최고수준 투과량을 실현한 고유량“나노 복합

분리막”개발에 성공했다. 1∼2 nm 이상 되는 물질을 걸러내는 고

성능 필터인 나노 복합 분리막은 해수담수화를 위한 전처리, 폐수와

지하수 등의 정수처리가 가능해 차세대 수처리 기술로 주목받고 있

다. 이 제품은 또 눈에 안 보이는 불순물은 물론 박테리아, 바이러

스, 중금속 등 인체에 해로운 물질은 걸러내고 인체에 유용한 나트

륨, 칼륨 등 미네랄 성분은 통과시키는 특징을 갖고 있다.

티백 필터42)

장소에 구애받지 않고 정수하는 것은 그리 쉬운일이 아니다. 그러

나, 남아프리카 공화국에서 개발된 새로운 정수 필터는 수백만명에게

깨끗한 식수의 제공이 가능하면서도, 티백 모양과 크기의 필터로 개

발되어 저렴하고 보급 및 사용이 용이하다는 장점을 가진다. 일회용

필터 하나로 1리터의 물을 정수할 수 있고 어디서나 사용 가능하다.


그림 5-3 식수용나노필터41)


암 진단/치료용 나노 의약품43)

나노소재를 이용한 질병 진단 및 치료용 나노필름 입자는 기존 의

료 기술의 부작용을 최소화 하고, 치료 효능을 극대화하기 위하여

나노 크기의 물질 특성을 이용하여 질병의 원인 및 병리를 찾는 분

야로서, 이를 통해 질병의 예방, 진단, 치료에 적용이 가능하고 신

약개발에도 활용할 수 있는 신개념 의료 기술이다. 이는 바이오, 의

학 분야의 응용에 효율적인 나노기술 연구 확립을 통해 나노 기술의

근간이 되는 기초 공학 및 공학분야와 바이오 기술의 생명공학, 의

학 분야가 효과적으로 융합된 혁신적인 의료 기술이라 할 수 있다.

또한 치료therapy와 진단diagnosis이 합성된 신조어 테라그노시스Theragnosis, 즉, 질환을 조기에 진단하고 여기에 약물을 붙여 동시에

치료하는 분야에 해당된다. 진단과 치료를 동시에 함으로써 더 짧

고, 안전하고, 효율적인 질병치료가 가능하여 앞으로 괄목할 만한

성장이 기대되며, 이를 가능하게 하기 위해서는 다기능성과 선택성

7273

주41 www.nanokorea.net

주42 DW-World.de, 2010.11.16.

주43 유선희, “질병 진단/치료용나노일자”, KISTI Market Report vol.1, issue 3, 2011


그림 5-4 정수용나노티백


을 가진 나노필름 입자의 개발이 더욱 강조되고 있다.

대표적인 예로 in-vivo 자기저항 센서 시스템은 초상자성 나노입

자를 센서 매개체로 이용하여 이로부터 발생되는 유도 자기장의 크

기에 따른 자기저항 변화를 감지함으로써 정량적으로 암을 진단하고

고열발생hyperthermia 치료를 통해 암세포 또는 종양을 사멸시킬 수 있

는 기술이다.

진단에 있어서는 10nm이하의 직경을 갖는 초상자성 나노입자에

항원 단백질을 부착 할 수 있는 표면 활성제를 코팅하여, 이 매개체

를 센서 표면의 항체와 생체 반응에 의하여 고정시킨다. 고정된 센

서 매개체에서 발생되어진 유도 자기장은 자기저항 또는 자기터널

저항효과를 발생시켜 센서자체의 저항값이 변화하게 된다. 변화된

자기저항은 고정된 DC센서 구동 전류에서 전압변화를 야기시키게

되며 이에 따른 신호검출을 하게 된다.

예일대/UCLA의대, NIH(미국), 나고야대(일본), 베를린 의대(독

일) 등에서 개발한 전신 온열 치료법이 있으나, 전신에 원하지 않는


출처. KISTI Market Report (2011)

그림 5-5 나노입자이용유도발열에의한암진단/치료


열충격 단백질heat-shock proteins (HSPs) 유도에 따른 과잉 면역체 발생이

단점이라 할 수 있다. 최근에는 질병 부위에 자성 나노입자를 직접

주입시키거나 자성 나노입자로 제조된 MRI 조 제를 혈관을 통해

고정시켜 국부적으로 유도 발열시키는 방법이 제시되고 있다.

다양한 자성 나노입자의 개발을 통한 온열법 치료 기술을 개발함으

로서, 간암 및 뇌종양의 치료분야에 있어서 혁신적인 치료 기술 제공

이 예상 되고, 또한 신체 내에 국부적인 열충격 단백질을 효과적으로

유도하여 시신경 및 뇌신경을 보호하는 새로운 치료기술을 기발하여

이를 진행성 녹내장 및 다양한 뇌질환 치료에 응용이 가능하다.

나노 로봇44)

미국의 연구자들이 세포 배양을 통해 작용하며 원하는 특이적인

위치에 찾아가 작용하는 DNA 기반의 나노 로봇을 개발하는 데 성공

했다. 이러한 기술은 나노로봇을 이용하여 프로그램화된 치료법에

의해 특이한 세포나 조직에 찾아가 의학적인 치료를 행할 수 있는

치료법의 개발에 있어서 핵심 기술이 될 수 있다.

나노 머신nanomachine이라는 분야가 이용 가능했던 것은 DNA 오리

가미DNA origami 덕분이다. 이 기술에서 DNA염기 가닥들은 하나의 구

조 속에(서로 다른 분자들의 경우에도) 폴딩될 수 있다. 연구자들은

이미 DNA 오리가미가 센싱, 계산, 세포 타겟팅과 같은 기본적인 자

동화된 일들을 수행할 수 있음을 이용해 그러한 구조가 만들어짐을

보여주었다.

보스턴 하버드 의대의 생물리학자인 숀 더 라스Shawn Douglas는 지

금까지 세포-타겟 운반체의 전달과 같은 복잡한 것을 이용하지는 못

했지만, 동료 연구자들과 함께 유각형 배럴 모양의 DNA 로봇으로

7475

주44 로벌동향브리핑 2012.02.12, http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cont_cd=GT&record_no=228318


이러한 연구를 수행했다. 이 로봇은 35 nm크기의 대각선의 길이,

45 nm의 길이를 지니고 있으며, 조개와 같이 열리고 닫히는 구조

를 갖기 위해 염기에 경첩과 같은 것을 달고 있다. 위쪽에서 그 배

럴 모양의 구조는 짧은 DNA분자로 만들어진‘자물쇠’를 가지고 있

는데 이들은‘열쇠’에 해당하는 항원을 만나게 되면 풀리게 되어 그

들이 가지고 있는 항체를 방출하게 된다.

연구진의 실험에서 수십 억개의 나노 로봇들이 세포 배양액에 방

출되었고 주위로 확산되어 서로 다른 종류의 세포에 결합했다. 적절

한 표면의 열쇠(여기서는 정확하게 맞는 항원들을 의미함)를 가지지

못한 세포에 대해서는 나노 로봇이 작동하지 않았지만 정확한 항원

을 지닌 세포에서는 나노 로봇이 자물쇠를 풀어 안에 있는 항체들을

방출했다.

연구팀은 현재 쥐에서 이와 유사한 것들을 적용시키는 실험을 하

고 있으며, 앞으로 나노 로봇을 프로그램화된 치료 방법으로 이용하

는 데는 큰 문제가 없을 것으로 전망하고 있다.


출처. 로벌동향브리핑 (2012)

그림 5-6 세포배양을통해작용하며원하는특이적인위치에찾아가작용하는 DNA 기반의나노로봇


MRI를 대체할 수 있는 나노입자 분자 탐침법45)

란탄족원소로 만들어진 나노입자를 분자탐침으로 하여 몸 속의 미

세한 나노 역을 스캔하여 상화할 수 있는 방법을 개발했다. 연구

진은 나노입자를 형광 염색하여 이번 기술을 완성하 다. 형광 염색

된 나노입자는 기존의 분자 염색방법보다 외부 자극에 대한 반응성

이 훨씬 높다. 이는 작은 에너지원으로도 이러한 나노입자를 쉽게

반응시켜 그 신호를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 것은 결

국 의료 상처리 비용을 획기적으로 줄이는데 도움이 된다.

태양열을 이용한 나노 광촉매

수소 생산46)

태양광을 이용하여 물을 분해, 수소를 생산할 수 있는 나노 카본

과 무기물(금속 산화물)이 갖춰진 새롭고 더 효율적인 하이브리드 재

료를 개발하 다. 이 재료는 기존 재료에 비해 최고 25배의 광촉매

7677

그림 5-7 쥐의뇌혈관을펨토초레이저(왼쪽)와 나노입자형광염색법(오른쪽)을 이용하여각각촬 한것

주45『 로벌동향브리핑』2013.04.26.

주46『 로벌동향브리핑』2013.04.23.


활성을 나타내고 있다.

나노 카본(탄소나노튜브 및 그래핀)과 금속 산화물 등의 광활성 나

노 무기 재료를 결합하여 보다 뛰어난 광촉매 효율을 갖는 재료를

개발하는 것이다. 다음 세 가지 포인트가 이 새로운 나노 하이브리

드 재료의 가능성을 결정한다.

①재료의 나노 메트릭의 크기에 따라 수소 생산을 위한 물을 분리시키기 쉬운

매우높은비표면적을갖는것,

② 나노 카본이 하이브리드 재료의 광 흡수 범위를 확대하고 그로 인하여 광촉

매반응이붙잡는태양에너지양을증가시킬수있는것

③무기물에 남는 정공에서 전도대 (탄소나노튜브로 이동하는 전자)를 분리시킴

으로써 빛을 흡수한 후 하이브리드 재료에서 발생하는 전하의 수명을 연장시

키는것


출처. 로벌동향브리핑 (2013)

그림 5-8 광촉매반응메커니즘47)


환경 정화 코팅48)

산화티탄과 공기 계면에 자외선, 산소 및 수증기의 양을 충분하게

공급하면 공기 중의 유해물질은 산화분해 한다. 이 경우 대상이 되

는 유해물질은 산화티탄 표면에 흡착하고, 표면의 활성 산소종이나

정공과 반응한다. 유해물질 C, H, N, S 등의 원자는 산화되어

CO2, H2O, HNO3, H2SO4로 변화한다. HNO3, H2SO4와 어떠한 종

의 분해 생성물이나 반응 중간체는 산화분해 반응을 방해한다. 따라

서 반응에 관여하는 분자의 흡착상태를 제어하기 위해 산화티탄 표

면을 어느 정도 소수성으로 하는 것이 제안되고 있다.

광촉매 산화력은 강력하나, 다량의 물질을 분해하는 것은 곤란하

기 때문에 소량 유해물질을 분해하여 무해화하는 응용방법을 적용하

고 있다. 광촉매를 이용한 항균·항바이러스 제품은 산화티탄 표면

1㎠ 당 세균이나 바이러스의 수는 106~109 정도로 태양이나 자

외선 램프에서 조사되는 1㎠당 자외선 광자수 1,015에 비해 작다.

연구진은 산화티탄 박막 위에 대장균 액을 도포하고 자외선 조사

에 의한 향을 AFM을 이용하여 검토하 다. 이 결과 산화티탄 광

촉매의 항균성능은 ① 활성산소 종에 의한 세포 표면의 막 구조 파

괴 ② 세포 내 활성산소 종의 침투와 세포 내부의 막 구조 파괴로

추정된다. 이후 세포표면의 막 구조가 어느 정도 파괴되는 시점에서

세포는 불활성화되고, 감염력이 없어진다. 항균·항바이러스성은 활

성산소 종의 확산에 따르며, 광촉매 표면에서 50㎛ 정도 떨어진 장

소에서도 효과가 있다.

7879

주47 http://blog.daum.net/e2rnd/16886646

주48 김용환, 산화티탄광촉매의환경정화에의응용, 첨단기술정보분석(KISTI), 2013.2.21.


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