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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 나노‧소재기술개발사업에 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. 

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 유기반도체 분자의 자기조립에 미치는 영향

(3) 그래핀 템플릿 위 유기 반도체 박막 성장의 제어

가. 그래핀 템플릿의 표면 전하 밀도 효과

나. 그래핀과 유기반도체 분자 사이의 전하 이동 효과

다. 그래핀 템플릿의 표면 거칠기 효과

(4) 결론

제 3장 탄소복합소재 재활용과 인조흑연/활성탄소 소재현황

1. 탄소섬유강화 복합소재(CFRP)의 재활용 기술과 특성연구

1) 친환경 분해방법 이용 탄소섬유강화 복합소재의 고효율 재활용기술

(1) 최근 이슈

(2) 기계적 분해방법

(3) 열적 분해방법

(4) 유동상식 소각 분해방법

(5) Alcoholysis 반응을 이용한 화학적 분해방법

(6) 과산화수소를 이용한 화학적 분해법

(7) 과열 증기 분해방법

(8) 물을 이용한 화학적 분해방법

(9) 결론

2) 리싸이클 CFRP 적용 C/C 복합재료 제조 및 특성 연구

(1) 연구 목적

(2) 실험 및 방법

가. 폐CFRP 열분해 공정

나. 폐CFRP 적용 단섬유화 및 C/C 제조 공정

(3) 결과 및 토의

(4) 결론

2. 인조흑연 소재산업 동향과 국산화를 위한 기술개발

1) 인조흑연 소재산업의 동향과 기술개발 방향

(1) 인조흑연

가. 인조흑연의 정의

나. 인조흑연의 제조 공정

다. 인조흑연의 종류 및 특성

A) 흑연 전극봉    

B) 등방흑연

C) 이차전지용 음극활물질

(2) 세계 인조흑연 시장 현황과 산업 동향

가. 흑연 전극봉

나. 등방흑연

다. 이차전지용 음극활물질

(3) 국내 인조흑연 시장 현황과 산업 동향

가. 흑연 전극봉

나. 등방흑연

다. 이차전지용 음극활물질

2) 국내산 흑연의 구형화에 미치는 로터 속도의 영향 연구

(1) 연구 목적

(2) 실험 방법

(3) 실험 결과 및 고찰

(4) 결론

3) 국내, 이차전지 핵심소재 인조흑연 국산화 성공

(1) 인조흑연 음극재 국산화 공장

(2) 협력모델 추진현황 및 향후계획    

3. 활성탄소 흡착 기술 주요동향

1) 활성탄소 

2) 활성탄소 흡착 기술 동향

(1) 기술범위 및 특징

(2) 국내/외 기술 Trend

3) 활성탄소 흡착 기술분야 시장전망

(1) 글로벌 시장

(2) 국내 시장

4) 활성탄소 흡착 기술분야 산업동향

(1) 글로벌 산업동향

(2) 국내 산업동향

제 Ⅱ편 나노기술·소재개발 R&D 현황 

제 1장 나노융합 소재개발과 차세대소자 분야 연구동향

1. 나노입자·기술을 활용한 소재개발 및 특성연구

1) 다강성 세라믹 나노충진재를 이용한 기능성 고분자 복합체 연구

(1) 연구 배경

(2) 자기전기 고분자 복합체의 재료 개발

가. 압전 재료

나. 자왜 재료

(3) 다강성 자왜 나노충진재의 구조 개발

가. 다강성 자왜 나노충진재의 물리적 형상 제어

나. 다강성 자왜 나노입자의 코어-쉘 구조 개발

(4) 자기전기 고분자 복합체 필름 제조

가. 캐스팅 공정

나. 스핀코팅 공정

다. 전기방사 공정

라. 핫프레싱 공정

(5) 기능성 자기전기 고분자 복합체의 응용

가. 에너지 응용

나. 센서 응용

다. 바이오 응용

라. 환경 응용

(6) 결론

2) 블록공중합체 자기조립 이용 나노/마이크로 스케일의 3차원 입자구조체 연구

(1) 연구 목적

(2) 에멀전 기반의 비구형 BCP 입자

가. BCP 입자 모양 조절 방법

나. 비구형 BCP 입자 응용

(3) 다공성 네트워크 BCP 입자

가. BCP Cubosome 형성 원리 및 방법

나. 다공성 입자 응용

(4) 결론

3) 카이랄 나노소재의 전기적, 자기적 특성연구

(1) 연구 목적

(2) 카이랄 나노 소재의 전기적 특성

가. 카이랄성 유도 스핀 선택성(CISS) 효과

(3) 카이랄 하이브리드 유-무기 페로브스카이트

가. 2D 카이랄 페로브스카이트

나. 1D 카이랄 페로브스카이트

(4) 카이랄 나노 소재의 자기적 특성

(5) 결론

4) 고열전도성 나노 소재 특성 분석 기술

(1) 최근 이슈

(2) 열전도도 측정 방법

가. 마이크로 칩을 활용한 측정 방법

나. 광원을 이용한 측정 방법

다. 소재의 발열을 이용한 열전도도 측정 방법

(3) 고열전도도 나노 소재

2. 나노 반도체 소재 기반 차세대소자 연구동향

1) 2차원 나노 반도체 소재의 광전 소자 연구 동향

(1) 최근 이슈

(2) 2차원 원자막 소재별 광전소자의 발전 동향

가. 2차원 나노소재의 밴드갭과 분광(스펙트럼)의 관계

나. 2차원 나노소재의 두께별 밴드갭 변화

다. 그래핀의 우수한 전기적 특성을 이용한 소재 융합형 광전 소자 연구동향

라. 단일 TMDC소재 기반 광전자 응용소자

마. 2차원 원자막 소재 기반 이종접합 구조의 광전 응용소자

(3) 결론

2) 3-5족 질화물 나노로드 소재 및 이를 이용한 광원/디스플레이 연구 동향

(1) 최근 이슈

(2) 3-5족 질화물 나노로드/나노와이어의 특성

(3) 3-5족 질화물 나노로드/나노와이어의 제조 방법

가. 화학기상법 기반 bottom-up 방법

나. 식각 기반 top-down 방법

(4) 3-5족 질화물 나노로드/나노와이어의 다양한 응용 분야

가. 발광 광원 응용분야

나. 디스플레이 응용분야

(5) 결론

3. 나노소재 기반 센서 주요동향 및 제작/응용

1) 주요 기술 동향

(1) 나노소재 : 나노입자, 나노선 및 나노튜브

(2) 센서 소형화 : 나노전자기계시스템

(3) 웨어러블 나노센서

가. 웨어러블 스트레인 센서

나. 웨어러블 온도센서

다. 웨어러블 가스센서

라. 그래핀 기반 웨어러블기기

(4) 나노센서 기술 관련 특허 동향

2) 산업 동향 분석

(1) 센서의 수요처 및 탑재용량 증가에 따른 센서 시장의 성장 예상

(2) 나노센서 시장의 성장 전망

3) 주요 기업 동향

(1) 글로벌 기업 동향

(2) 국내 기업 동향

4) 금속 나노와이어 기반 생체 신호 센서 제작과 응용

(1) 금속 나노와이어 기반 센서 제작 방법

(2) 생체 신호 측정 및 응용 분야

5) 나노복합 하이드로젤 기반 압력 센서의 제작 및 응용연구

(1) 연구 목적

(2) 전기용량 감지 기반 하이드로젤 압력 센서

(3) 저항 감지 기반 하이드로젤 압력 센서

(4) 색 변화 하이드로젤 압력 센서

(5) 결론

6) 휴먼-머신 인터페이스를 위한 나노 소재 기반 다축 스트레인 센서 개발

(1) 휴먼-머신 인터페이스를 위한 스트레인 센서

(2) 나노 소재 기반 다축 스트레인 센서 개발의 필요성

(3) 나노 소재 기반 다축 스트레인 센서의 연구 동향

(4) 나노 소재 기반 다축 스트레인 센서의 도전 과제 및 전망

7) 새로운 산업혁명을 이끄는 나노센서의 스마트화

4. 전기방사 나노섬유 시장동향 및 전망

1) 전기방사 나노섬유

2) 전기방사 방법

3) 전기방사 나노섬유의 활용

(1) 환경 분야

(2) 에너지 분야

(3) 의료 분야

4) 전기방사 나노섬유의 시장 동향

(1) 시장 규모 및 전망

(2) 경쟁 현황

제 2장 나노융합 에너지 저장·변환 및 탄소중립 촉매기술 연구

1. 차세대 태양전지와 나노기술 융합연구

1) 차세대 태양전지 동향

(1) 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell)

(2) 페로브스카이트 태양전지(perovskite solar cell)

(3) 유기 태양전지(organic solar cell)

(4) 양자점 태양전지(quantum dot solar cell)

(5) 미래 연구 방향

2) 고분자/페로브스카이트 하이브리드 나노결정 합성 및 응용기술 동향

(1) 연구 목적

(2) 고분자 블렌딩

(3) 고분자 리간드(Zwitterionic Polymer)

(4) 나노결정 유도 고분자 중합

(5) 블록 공중합체 고분자 나노반응기

(6) 나노결정의 가교 패턴화

(7) 결론

3) 비풀러렌 억셉터 기반 유기태양전지 열화 메커니즘

(1) 최근 이슈

(2) 광화학 안정성(Photochemical Stability)

(3) 불활성 분위기에서의 광안정성(Photo-stability in Inert Atmosphere)

(4) 모폴로지 안정성(Morphological Stability)

(5) 결론

2. 에너지 변환 및 저장용 나노소재 기술개발 동향

1) 전환반응 기반 전이금속산화물 리튬이온전지 음극 활물질 개발 동향과 전망

(1) 리튬이온전지 음극 활물질 이슈

(2) 전환반응의 메커니즘

가. 리튬이온 저장 시 전환반응 물질의 구조변화 및 입자의 거동

나. 전압대별 금속산화물의 충·방전 거동

A) Stage 1. → Stage 2. (OCV – 1.2 V)

B) Stage 2. → Stage 3. (1.2 V – 0.78 V)

C) Stage 3. → Stage 4. (0.78 V – 0.45 V)

D) Stage 4. → Stage 5. (0.45 V – 0.01 V)

다. 추가용량발현의 원인

(3) 전이금속산화물 음극 활물질의 문제점

가. 용량 감소(음극의 부피 변화)

나. 낮은 초기쿨롱효율(initial Coulombic efficiency; ICE)

다. 전압 히스테리시스

(4) 전이금속산화물 음극 활물질 문제 해결 전략

가. 나노구조화(nanostructured engineering)

나. 전이금속산화물과 탄소 복합체 형성

다. 촉매입자의 도입(Introduction of catalytic elements)

라. 선리튬화 공정(pre-lithiation process)

(5) 결론

2) 차세대 칼륨 이온 배터리를 위한 금속칼코겐화물-탄소복합 나노구조체 연구

(1) 최근 이슈

(2) 칼륨 이온 배터리 음극 소재 개발 현황

가. 나노 구조화된 금속칼코겐화물 기반 음극 소재 개발

나. 전도성 카본 복합화에 따른 금속칼코겐화물 기반 음극 소재 특성 향상

다. 멀티음이온 조성의 금속칼코겐화물 기반 음극 소재 개발

(3) 결론

3. 탄소중립과 메탄(CH₄) 활용을 위한 나노촉매 기술동향

1) 메탄 전환기술의 필요성

2) 메탄 간접 전환기술

3) 메탄 직접 전환기술

(1) 메탄의 산화이량화 공정

(2) 메탄의 비산화이량화 공정

(3) 메탄의 탈수소방향족화(dehydroaromatization) 반응

(4) 메탄 할로겐화 반응

(5) 나노촉매 기반, 메탄 직접전환 연구 동향

가. 나노촉매 기반, 메탄 산화이량화 연구 동향

나. 나노촉매 기반, 메탄 비산화이량화 연구 동향

다. 메탄 직접전환을 위한 반응기 개발 동향

A) 고정층 반응기(Packed-bed reactor)

B) 유동층 반응기

C) 막 반응기

D) 촉매 플라즈마 반응기

라. 메탄 산화이량화 공정 개발 동향

A) 국외 동향

B) 국내 동향

4) 메탄 전환 관련 석유화학 산업 동향

(1) 석유화학 산업 탄소중립 동향

(2) 탄소배출 저감을 위한 셰일가스

제 3장 나노융합 수소 생산/저장 및 친환경 분야 연구개발

1. 그린수소 생산을 위한 수전해 기술개발과 나노촉매 연구동향

1) 그린수소 생산을 위한 수전해 기술개발 동향

(1) 최근 이슈

(2) 수전해 기술 개발동향

가. 수전해 주요업체 현황

나. 수전해 기술개발 방향    

(3) 수전해 기술 연구동향

가. PEM수전해

나. ALK수전해

다. AEM수전해

라. SOEC

(4) 결론

2) 고효율 수전해를 위한 무기물계 나노전기화학촉매 개발 연구

(1) 연구 목적

(2) 무기물계 수전해 나노전기화학촉매 개발

가. MoC와 Pt의 하이브리드화를 통한 귀금속저감형 Pt@Pt/nanoparticle 전기화학촉매 개발

나. 구조 엔지니어링 및 조성 엔지니어링을 통한 양기능성 비귀금속계 나노구조체 개발

다. 탄소 섬유 집전체 위 CoP nanosheet가 자가지지된 촉매 전극 개발

(3) 결론

2. 수소의 화학적 저장과 나노기술 동향

1) 수소의 화학적 저장기술

(1) 상온작동 수소저장합금

가. 수소저장합금의 화학적 특성

나. 수소저장합금의 수소 저장 특성

다. 수소저장합금 응용 이슈

A) 소재 비용 저감 및 공정 용이성 확보 필요

B) 공정 및 사용 중 안전성 확보 필요(발화 위험 해소)

C) 표면 산화막 개선(초기 수소화 문제 해결)

D) 느린 반응 속도 개선(수소 흡방출 속도 개선)

(2) 중고온작동 수소저장합금

가. 중고온작동 수소저장합금의 정의

나. 중고온작동 수소저장합금의 기술적 이슈

A) 고용량 금속착수소화물(Complex Metal Hydride)의 활용 및 불안정화

B) Mg/MgH₂ 기반 수소 저장/방출 반응의 단순화

C) 수소 저장/방출 반응의 단순화를 위한 나노기술 적용

(3) 기체/액체 형태 암모니아 수소저장

가. 암모니아 활용 수소저장 및 운송(단방향 수소운반체)

나. 그린 암모니아 생산

다. 암모니아 분해용 금속 나노 촉매

2) 수소저장 관련 산업 동향

(1) 상온작동 금속수소화물

(2) 중고온작동 금속수소화물

(3) 암모니아를 활용한 수소저장

3. 나노섬유 기반 복합고분자/생분해 플라스틱 연구개발

1) 천연 나노섬유 기반 생분해 플라스틱 기술동향

2) 천연나노섬유-바이오고분자 복합체 연구

(1) 셀룰로오스와 키틴

(2) 나노 셀룰로오스 및 나노 키틴의 종류

(3) 나노 셀룰로오스 및 나노 키틴의 재분산

(4) 나노 셀룰로오스를 적용한 나노 복합체

(5) 나노 키틴 연구

(6) 결론

3) 천연 나노섬유 기반 생분해 플라스틱 기업현황

(1) 글로벌 기업현황

(2) 국내 기업현황

제 4장 나노바이오 연구개발 동향 -약물전달시스템/나노메디슨-

1. 나노물질의 바이오 적용 및 응용기술 연구동향

1) 내피세포가 배양된 나노셀룰로오스 하이드로겔의 비선형 유변물성 분석

(1) 연구 목적

(2) 실험

가. 재료 및 준비

나. 하이드로겔들의 유변학적 분석

다. 세포 배양(Cell Culture) 및 Live/Dead Cell Assay 

(3) 결과 및 고찰

(4) 결론

2) 펩타이드 나노기술과 새로운 유기 전자장치 가능성

(1) 개요

(2) 연구 내용 및 발견

가. 펩타이드

나. 펩타이드 특성 연구

다. 트리 펩타이드: 유사 콜라겐

(3) 펩타이드 기반 초분자 하이드로겔

(4) 더 작은 바이오 빌딩 블록 가능성

(5) 결론

3) 그래핀 기반 나노물질의 바이오 적용 및 동향

(1) 최근 이슈

(2) 그래핀 기반 나노물질의 합성 및 분석

가. 탑다운 방식

나. 바텀업 방식

다. 분석 기법

라. 독성 분석

(3) 그래핀 기반 나노물질의 바이오소재 적용 - 약물 전달 매개체 및 센서

가. 약물 전달 매개체

나. 바이오 센서

(4) 그래핀 기반 나노물질의 바이오소재 적용 - 치료제

가. 퇴행성 뇌 질환

A) 알츠하이머병

B) 파킨슨병

C) 기타

나. 기타 질환

A) 항균 효과

B) 염증성 질환

C) 광 에너지 요법

(5) 결론

4) 급성심근경색 신속 진단용 고감도 나노바이오센서 칩 기술

5) 나노포어(Nanopore) 단분자 탐지의 응용과 기술개발 연구동향

(1) 최근 이슈

(2) 나노포어의 등장

(3) 나노포어의 종류

(4) 나노포어 기술의 적용 분야

가. DNA 나노기술(DNA Nanotechnology)    

나. 타일 기반 자체조립 DNA 나노구조(Tile-based DNA Self-assembly Nanostructure)

다. DNA 접기 기반 자가조립(DNA Origami-based Self-assembly)

라. 나노포어 단분자 탐지에서의 DNA 나노기술의 응용

마. 나노포어 통로를 통해 내용물을 운반하는 DNA 자가조립 운반체

바. 나노포어를 조절하기 위한 DNA 접기 구조체 이용

사. 나노포어로 직접 작용하는 DNA 조립 구조물

아. DNA 조립체 기반 나노포어 진단 및 치료법

(4) 결론

2. 나노기술 기반 약물전달 시스템 연구동향

1) 고분자 나노입자 기반 뇌 내 약물전달 시스템

(1) 연구 목적

(2) Nanoparticles

(3) Nanogels

(4) Polymeric Dendrimers

(5) Polymeric Micelles

(6) 결론

2) 효과적인 항암면역치료를 위한 나노 전달 기술 연구동향

(1) 연구 목적

(2) 항암면역치료의 분류

가. 면역관문억제제

나. 사이토카인

다. CAR T와 TCR-T 세포치료제

라. 공동자극분자 작용체

마. 항암 백신

(3) 면역치료제 전달 기술의 필요성

(4) 면역치료제 전달 기술 전략

(5) 나노 입자와 Conjugate

가. 혈액 내 T 세포 표적 나노 입자

나. 혈관수용체 매개 면역세포와 약물의 접합

다. 항암 mRNA 백신 나노 입자

라. 이온화 지질 나노 입자를 사용한 mRNA 백신 전달

마. 구성단위 백신의 바이오 Conjugate

바. 면역관문억제제의 기질 부착 Conjugate

(6) 바이오 소재를 사용한 국소적 면역치료

가. 방출 속도의 조절

나. 바이오 소재 이식을 통한 in situ 수지상세포 활성

다. 주입식 스캐폴드를 활용한 면역치료

라. 주입식 하이드로겔을 활용한 복합 면역-항암치료

마. 경피 전달

(7) T 세포 치료제 전달 기술

가. 나노 입자 표면 Conjugate를 이용한 세포 엔지니어링

나. DNA 나노캐리어를 통한 in situ T 세포 엔지니어링

다. 국소적 입양 T 세포 전달을 위한 이식형 바이오 소재

라. 합성 인공 항원제시세포(artificial Antigen presenting cells, aAPCs)

(8) 결론과 향후 방향

3. 나노메디슨의 임상/연구 개발과 나노바이오 표준화 동향

1) 나노메디슨의 임상 적용 및 연구 동향

(1) 나노메디슨(Nanomedicine)

(2) 나노메디슨의 구성에 따른 종류 및 임상 단계에 따른 FDA 승인현황

가. 고분자 나노 입자

나. 고분자 이중층 구조 나노 입자

다. 인지질 기반 나노 입자

라. 단백질 나노 입자

마. 무기 나노 입자

바. 결정성 나노 입자

(3) 나노메디슨의 생체 내 전달 메커니즘

가. 수동적 표적화

나. 능동적 표적화

(4) 나노메디슨의 국가별 연구 동향

가. 미국    

나. 유럽

다. 중국    

라. 대한민국

(5) 앞으로의 나노메디슨의 연구방향 및 도전 과제

가. 미세조절 및 높은 재현성을 가진 나노메디슨 합성

나. 나노메디슨의 대량 생산

다. 효능 진단 및 선별단계

(6) 결론

2) 나노바이오 기술 동향

(1) 해외의 기술개발 동향

가. 나노의약품

나. 나노바이오기기

다. 나노화장품

(2) 국내의 기술개발 동향

가. 나노의약품

나. 나노바이오기기

다. 나노화장품

3) 나노바이오 산업화 동향

(1) 나노의약품

(2) 나노바이오기기

(3) 나노화장품

4) 나노바이오 표준화 동향

(1) 나노기술과 나노바이오기술

(2) 나노기술 중심의 표준화

(3) 나노바이오 제품의 표준화 동향