2025년판 혁신적 나노재료 시장의 현황과 장래 전망(일본어판)
조사자료 상세정보(調査資料詳細データ)
나노재료는 조성단위가 극히 작아짐에 따라 표면적이 넓고 세포 속으로의 침입이 가능하기 때문에 같은 소재라도 기존 재료에는 없는 강인성, 고전기 전도성, 고열 전도성이 뛰어나 축전 디바이스, 연료전지, 의료 등에서의 응용이 고려됨에 따라 새로운 연구개발이 진행되고 있다.
현재 나노테크놀로지와 재료과학의 연구는 멈추지 않고 한층 더 진전하고 있으며, 새로운 나노재료의 합성과 나노구조의 제어 기술, 나노디바이스의 개발 등이 진행되고 있다. 또, AI나 양자컴퓨터와의 조합에 의한 새로운 연구와 응용도 주목받고 있다.
이에 본 자료에서는 주목도가 높다고 간주되는 ①나노일렉트로닉스재료, ②나노포토닉스재료, ③나노자성 재료, ④나노세라믹스재료, ⑤나노메탈재료, ⑥나노고분자재료, ⑦나노카본재료, ⑧나노바이오재료 시장을 다룬다.
◆조사개요
• 조사목적: 혁신적 나노재료 시장의 사업화를 위한 대응을 추진하고 있는 기업 및 연구기관의 현재 동향과 향후 사업시책을 조사함으로써 혁신적 나노재료의 현황과 향후 동향을 파악하는 것을 목적으로 한다.
• 조사대상:
◆대상구분 나노전자재료, 나노포토닉스재료, 나노자성재료, 나노세라믹스재료, 나노메탈재료, 나노고분자재료, 나노카본재료, 나노바이오재료
◆대상기업, 연구기관
상기 대상품목 관련 생산·판매·취급 기업 및 기술연구기관
• 조사방법: 당사 전문조사원의 대면취재
• 조사·분석기간: 2024년 5월 26일~2024년 12월 25일
※월간지 'Yano Eplus'(2024년 6월호~2025년 1월호)에서의 관련 특집을 바탕으로 편집, 시장 수치 등도 발췌
◆자료 포인트
• 미세화 기술의 혁신과 저소비 전력화의 동시 달성이라는 과제에 직면!
리서치 내용
제1장 나노일렉트로닉스 재료
1. 들어가며
1-1. 나노기술과 재료과학
1-2. 나노기술과 재료과학에 대한 그간의 행보
1-3. 나노기술과 재료과학에 관한 일본의 강점
2. 나노전자재료 발전은 계속
3. 나노일렉트로닉스 재료에 관한 시장규모
그림·표 1. 나노일렉트로닉스 재료 관련 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노일렉트로닉스 재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표3. 나노일렉트로닉스 재료의 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
4. 나노전자재료와 관련된 기업·연구기관의 대응동향
4-1. 국립대학법인 오사카대학
(1) CLBO결정
그림1. 신재료 CLBO 결정의 발견
그림2. 반도체 포토마스크·웨이퍼 검사장치의 모식도
그림3. 개발한 심자외선 레이저 광원의 개념 구성
(2) GaN결정
그림4. Na플럭스법과 포인트시드법의 조합에 의한
GaN 결정의 신기술
그림5. HVPE법(위)과 OVPE법(아래)의 비교
그림6. 벌크 GaN 결정 육성에 의한 GaN 웨이퍼 양산화 기술의 확립
4-2. 국립대학법인 도쿄공업대학
(1)전자선 리소그래피에 의한 극한 나노조형
그림7. 선폭 10nm의 백금 나노갭 전극의 SEM 상
(2)나노스케일무전계금도금(ELGP)
그림8. 금/백금 나노갭 전극의 단면 TEM 상
그림9. 금/백금 나노갭 전극의 내열성.
(a)가열 전, (b) 200℃×2시간 어닐링 후,
(c)300℃×2시간 어닐링 후, (d) 400℃×2시간 어닐링 후
(3)나노구조유기규칙화법에 의한 L10 강자성 단결정 나노와이어
그림10. 실리콘 기판 위에 제작한 L10 규칙화 CoPt 강자성 나노와이어
(왼쪽)과 자기 특성(오른쪽)
(4)면내 분극을 이용한 2차원 강유전 반도체 비휘발성 메모리
그림11.α- In2Se3 바텀 콘택트 면내 강유전체 메모리의 구조(왼쪽),
100nm 디바이스의 SEM 상(오른쪽)
4-3. 국립대학법인 도요하시기술과학대학
(1)리튬이온이차전지(LiB)용 고체 전해질의 고속 액상 합성
(도요하시기술과학대학 보도자료) https://www.tut.ac.jp/docs/PR231003.pdf)
그림12. Li10GeP2S12의 고속 액상 합성 프로세스
(2)고용량, 장수명의 전고체 리튬황(LiS) 이차전지용 양극 복합체 개발
(도요하시기술과학대학 보도자료) https://www.tut.ac.jp/docs/PR200311.pdf)
그림13. 유황-탄소 복합체의 제작공정(위),
전고체 황 전지의 구성 모식도(왼쪽 아래)와 사이클 특성(오른쪽 아래)
(3)차세대 연료전지용 전해질막 개발
(도요하시기술과학대학 보도자료) https://www.tut.ac.jp/docs/PR201019.pdf)
그림14. 연료전지의 핵심 컴포넌트가 되는 무기유기복합물
전해질막의 모식도
4-4. 국립대학법인 나가오카기술과학대학
(1)직류전압을 인가한 반도체 초격자의 테라헤르츠 이득
그림15. 테라헤르츠 방사선장의 시간 파형
그림16. 반도체 나노박막의 적층 구조의 에너지밴드 도면
그림17. 테라헤르츠 방사 측정장치
그림18. 초격자 시료의 복소전도도 스펙트럼
(2)전도성 재료를 함유한 나노셀룰로오스 박막의 복소전도도 스펙트럼
4-5. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1)도포형 LED의 효율적인 발광을 위한 콜로이드 NC 분말의 나노구조 제어
그림19. (a)도포형 LED 디바이스의 구조, (b)디바이스 단면 TEM 이미지,
(c)EDS맵, 스케일바: (b)200nm, (c)20nm
(2)무연 페로브스카이트 NC를 활성층으로 가진 고효율 UV 포토다이오드
그림20. Cs2AgBiCl6 NC(왼쪽)와 Cs2AgBiBr6 NC(오른쪽)에 따른
포토 다이오드의 디바이스 구성과 에너지 다이어그램
(3)단파 적외선(SWIR) 포토다이오드
그림21. (a)리간드 교환 프로세스의 스킴. 리간드의 (a)교환 전과
(c)교환 후 InSb NC상의 외관 사진
4-6. 국립대학법인 홋카이도대학
(1) GaAs계 화합물 반도체 나노와이어의 분자선 에피택셜 성장
그림22. Si 기판 표면에서 형성되는 GaAs/AlGaAs 코어 쉘형 이종구조
나노와이어 형성 메커니즘의 모식도
(2)질소, 비스무트 첨가를 통한 새로운 재료 개발
그림23.GaAs/GaNAs/GaAs 멀티 코어 쉘
그림24. GaAs/GaAs Bi 이종구조 나노와이어의 표면 SEM 상. 위는 확대 그림
그림25. GaAs Bi 나노와이어의 원소 분석
5. 나노전자재료에 관한 장래 전망
제2장 나노포토닉스재료
1 나노포토닉스란
2. 대표적인 나노포토닉스재료
2-1. 양자점(QD)
2-2. 포토닉결정
2-3. 메타물질
3. 나노포토닉스재료에 관한 시장규모
그림·표 1. 나노포토닉스 재료에 관한 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노포토닉스 재료 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림.표3. 나노포토닉스 재료 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
4. 나노포토닉스 재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 학교법인 아오야마가쿠인대학
(1)색순도가 높은 희토류 금속 착체 발광
①희토류 금속 착체의 발광 메커니즘
그림1. Ln 금속 착체를 발광시키기 위한 광 안테나 효과
②희토류 금속 착물의 분자구조
그림2. 용액에서 빛을 내는 희토류의 UV 하 발광
그림3. 복대형 분자 모형
③희토류 금속 착체의 다양한 조건에서의 발광
그림4. EuLX와 TbL (10-X)의 농도비 및 온도에 따른 UV 발광 색상 변화
(2)분자막을 이용한 편광발광 및 미각센서
(3)가시광선 여기 가시/근적외선 발광 복합체
그림5. LnL의 분자구조
4-2. 공립대학법인 오사카공립대학
그림6. 나노입자의 기능
(1)수열합성법에 의한 반도체 나노입자 제작
그림7. 수열합성법에 의한 CdTe 나노입자(QDs) 제작방법
그림8. 수열합성법에 의해 제작된 CdTe 나노입자(QDs)의 특성(위)과
실물사진(아래)]
(2)나노입자가 분산된 필름 시료 제작과 광학 특성
그림9. CdS 나노입자(QDs) 분산 PVA 필름 시료 제작
그림10. CdS 나노입자(QDs) 분산 PVA 필름 시료의 광학 특성
(3)나노입자 적층구조 제작 및 광학 특성
그림11. LBL법에 의한 적층구조 제작과 층간거리 제어
그림12. 흡수 스펙트럼의 적층 수 의존성
(4)양자공명의 차원 제어
그림13. 흡수 스펙트럼의 적층 수 의존성
4-3. 학교법인 게이오기주쿠대학
(1)광집적회로의 가능성
그림14. 넓어지는 PIC 가능성
(2)전사인쇄법
그림15. 전사프린트법의 과정
(3)전사프린트법에 의한 실리콘 광회로 상으로의 나노양자광원 집적
그림16. 전사인쇄법에 의한 실리콘 광회로에 대한 나노양자광원의 집적
그림17. 실리콘 광회로로의 나노양자광원의 전사프린트 집적 사례
4-4. 학교법인 시즈오카이공과대학
(1)고분자 내에서의 나노입자 현장합성에 의한 하이브리드화
①금속 나노입자/고분자 나노와이어의 하이브리드화
그림18. 고분자 나노와이어/금속 나노입자의 하이브리드화 사례
그림19. 광환원 반응에 의한 PVP 나노와이어 상에서의 Au 나노입자 형성
그림20. 겔 나노와이어의 팽윤-수축거동에서 광학흡수파장을 가역적으로 시프트
②겔 내 Ag2S 양자점의 즉석합성에 의한 캡슐화
그림21.QD의 고분자 캡슐화
그림22. 근적외선 형광체 QD를 이용한 바이오 이미징
(2)거대 셸을 가진 코어 셸 양자점의 신규 합성법
그림23. 거대 쉘 CdSe/CdSQD 신틸레이터의 원리
4-5. 국립대학법인 도호쿠대학
그림24. Co/Pt 다층막으로 이루어진 자성 메타물질의 단면 모식도(왼쪽)와
표면 원자 간 힘 현미경(오른쪽)
그림25. 메타물질 광스핀트로닉스의 원리를 나타낸 모식도
그림26. 자성 메타물질을 이용한 빛에 의한 스핀류의 완전 제어
결과. 초고속 응답 기능(왼쪽 위). 자기스위치 기능(오른쪽 위). 전파방향 제어
기능(왼쪽 아래). 강도 제어 기능(우측 하단)]
4-6. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1)메타표면을 이용한 적외선 광원
그림27. 메타표면 적외선 광원의 동작 원리
그림28. CO2 센서용 메타서피스형 적외선 광원.
패키징(왼쪽 위). 메타표면 나노구조(왼쪽 아래).
열복사 측정 결과(오른쪽)]
(2)메타표면을 이용한 적외선 탐지기
그림29. 메타표면형 적외선 탐지기
그림30. 양자우물을 이용한 공진기 설계 예. (a)개발한 적외선 검출기의
SEM 상. (b)MIM 구조의 플라즈몬 공진기에 QWIP를 끼워 넣은 구조의
모식도. (c)다양한 온도에서 검출기의 감도 스펙트럼
5. 나노포토닉스 재료에 관한 장래 전망
제3장 나노자성재료
1. 나노자성재료란
2. 나노자성재료의 용도분야
2-1. 데이터 기록
2-2. 자기센싱
2-3. 바이오메디컬 응용
2-4. 자기디바이스
2-5. 전력변환기
3. 나노자성재료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노자성재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노자성재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표3. 나노자성재료의 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
4. 나노자성재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 아키타대학
(1)정방정계 철코발트(FeCo) 합금에 주목
그림1. 결정구조 bcc(왼쪽), bct(가운데), fcc(오른쪽)의 관계
(2)제3원소 첨가를 통한 정방정화
그림2. V, N복합 첨가된 FeCo기 합금의 TEM 상(왼쪽).
축비 c/a를 변화시켰을 때의 자기 이방성 상수 Ku의 변화(오른쪽)
(3)박막에서 벌크로
그림3. FeCo기 합금의 벌크화를 위한 대응 예
(4)미립자화에 의한 고성능화
그림4. 미세가공프로세스와 입경 D(왼쪽). 자기 히스테리시스 커브(오른쪽)
4-2. 국립대학법인 도호쿠대학
(1) TMR 센서의 원리와 구조
그림5. TMR 센서의 동작원리
그림6. TMR 센서의 단면구조
(2) TMR 센서의 검출감도 향상
그림7. TMR 센서의 검 감도 향상
그림8. 생체 자기장을 검출할 수 있을 정도의 고감도와 넓은 다이내믹 레인지
의 달성
(3) TMR 센서에 의한 생체 자기장 측정
그림9. TMR 센서를 사용한 64ch MEG 측정 시스템
(4) TMR 센서에 의한 기타 응용
그림10. TMR 센서가 실현하는 다이내믹 레인지와 감도
4-3. 국립대학법인 나가오카기술과학대학
(1)자기광학효과
그림11. 패러데이효과의 모식도
(2)유기금속분해(MOD)법에 의한 자성박막 제작과 평가
그림12. MOD법에 따라 유리 기판 위에 제작한 Bi 치환 가넷 박막
(3)자기광학 이미징 기술 개발
그림13. MOD법으로 제작한 가넷 박막에 의한 자기장의 가시화.
(a)할바흐 배열의 자석 및 (b)가시화된 자기장 분포
(4)자기광학효과를 이용한 광 회절형 심층 신경망 장치 개발
그림14. MO-D2NN을 이용한 수기 숫자 인식 시뮬레이션 결과
4-4. 국립대학법인 도카이국립대학기구 나고야대학
(1)기능성 자성 나노입자 개발
그림15. 마그네타이트를 기반으로 한 다양한 기능성 자성 나노입자
(2)기능성 자성 나노입자를 이용한 재생 의료 프로세스
그림16. 자력을 이용한 재생 의료 프로세스
그림17. 자력을 이용한 근조직의 구축
(3)기능성 자성 나노입자를 이용한 암온열 요법(하이퍼서미어)
그림18. 기능성 자성 나노입자를 이용한 하이퍼서미어
4-5. 국립대학법인 야마가타대학
그림19. 교환 결합하는 경질 자성상과 연질 자성상 자기 모멘트의
1차원 모델
그림20. 모델1: Sm(Fe0.8Co0.2) 12 나노자석입자.
모델2: 상부와 하부에 α-Fe층 코팅한
α-Fe/Sm(Fe0.8Co0.2)12 나노복합 자석입자.
모델3: 양 사이드에 α-Fe층 코팅한
α-Fe/Sm (Fe0.8Co0.2) 12 나노복합 자석입자의
각 시뮬레이션 모델
그림21. 모델2와 모델3에서 (BH)max의 VFe 의존성
그림22. 모델2와 모델 3의 윗면과 단면의 반자장 분포 이미지
(2)초고진공 성막 프로세스에 의해 형성된 모델 자석의 나노입자 박막
그림23. Nd2Fe14B 나노입자 자석의 단면 TEM 상
그림24. 최적 포스트 어닐링된 Nd2Fe14B/Nd 박막에서 보자력
의 입자 크기(막 두께) 의존성
5. 나노자성재료에 관한 장래 전망
제4장 나노세라믹스재료
1. 나노세라믹스재료의 특징
2. 나노세라믹스재료의 제조방법
2-1. 화학합성법
2-3. 플라즈마처리
2-4. 메카노케미컬법
3. 나노세라믹스재료 용도 전개
3-1. 일렉트로닉스
3-2. 촉매
3-3. 바이오메디컬
3-4. 에너지
4. 나노세라믹스재료에 관한 시장규모
그림·표 1. 나노세라믹스재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노세라믹스재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표3. 나노세라믹스재료의 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
5. 나노세라믹스재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 국립대학법인 오사카대학
(1)초고강도 유리 개발
그림1. 유리 미립자를 금속 코팅하는 나노입자 분산 프로세스의 조건
그림2. 유리 미립자를 금속 코팅하는 나노 자 분산 프로세스 모식도
그림3. 0.5 vol % Ni 분산 SiO2 유리의 균열 발생 내성 비교
(2)업컨버전 유리 개발
그림4. (a)분자동역학으로 시뮬레이션한 유리구조 모델
(b)BaMgBO3F의 결정구조
그림5. Er3+첨가 유리 업 컨버전 스펙트럼
5-2. 국립대학법인 군마대학
(1)유기분자원용수열법을 이용한 산화물 나노결정 분산수용액 합성
그림6. N(CH3)4+공존 하에서 음이온 착물 수용액의 수열처리로
산화물 나노결정 분산수용액 합성과정 모식도
그림7. ZrO2 분산액의 투명도와 입자 크기 관계. 약 10μm(왼쪽),
약 5nm(오른쪽)
그림8. N(CH3)4+캡핑 유무에 따른 단사정 및
정방정 ZrO2 나노결정의 선택 성장
그림9. SnO2 나노 큐브의 HR-TEM 상
그림10. 상사형 SnO2 나노큐브 집적체의 형성 과정(위)과 형성 메커니즘(아래)
(2)GDC 나노결정을 이용한 LSCF/GDC 나노복합입자의 합성과
SOFC 나노복합캐소드의 생성
그림11. 나노복합전극 실현을 위한 전략
그림12. LSCF/GDC 나노복합입자의 STEM-EDS 상
5-3. 국립대학법인 지바대학
(1)새로운 원리에 의한 환경응답성을 나타내는 구조색 재료 개발
그림13. 티타늄 산층과 글리세린층이 교대로 적층한 복합체 겔의 모식도
그림14. 소르비톨-CeO2 판상 입자 복합체의 다양한 H2O 상대압 하에서의
그림15. 포도당- Zn-Al계 층상 복수산화물 복합체 박막의 ZnO막으로 변환
(2)자외광 조사에 의한 광용해를 이용한 형광 발광 특성 제어
①산화아연졸
②세륨산화물-소르비톨복합체
그림16. CeO2-소르비톨 복합체 나노입자 분산 졸 중입자의 SEM 상
(a)UV 조사 전, (b)24시간 UV 조사 후
5-4. 국립대학법인 도쿄공업대학
(1)결정성 복합산화물 나노입자 촉매작용
그림17. 복합산화물 나노입자의 촉매응용
(2)산소를 이용한 페로브스카이트 산화물에 의한 선택적 산화반응
그림18. 전형적인 입방정계 페로브스카이트 산화물의 구조(왼쪽)와
육방정계의 구조(우)
그림19. 아스파라긴산을 이용한 육방정계 페로브스카이트 나노촉매의 합성
(3)산소를 이용한 망간산화물 나노입자 촉매에 의한 선택적 산화반응
그림20. 활성화 MnO2 촉매에 의한 HMF에서 FDCA로의 선택적 산화
그림21. 전구체 결정화법에 의한 다공성 β-MnO2 나노입자의 합성
(4)원소복합효과의 특이적 촉매작용을 이용한 반응 개발
그림22. 작용기 선택적 아세탈화를 가능하게 하는 이원 기능 인산세륨 촉매
5-5. 국립대학법인 도쿄대학
(1)초고성능 제올라이트 나노입자 합성
그림23. 하향식 방식의 제올라이트 나노입자의 제작 프로세스.
제올라이트 입자의 분쇄 공정(위), 분쇄된 제올라이트 미립자의
재결정화 프로세스(하)
그림24. 제올라이트 분말의 XRD 패턴, 재결정 후(위), 분쇄 후 (가운데),
이니셜 상태(아래)
그림25. 제올라이트 분말의 SEM 상, 이니셜 상태 (왼쪽 위),
분쇄 후(오른쪽 위), 재결정 후 (아래)
(2)제올라이트 나노입자 양산화 및 응용 전개
그림26. 제올라이트 나노입자 'Zeoal®'의 양산화
5-6. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1)플라즈모닉구조의 나노재료·소자구조 개발
그림27. Al 메타물질 완전흡수체(MPA)의 모식도
그림28. 1,000℃ 이상의 고온에서 동작하는 파장선택형 이미터의 복사 스펙트럼
(2)적외선 광열변환소자 개발
그림29. 파장선택성을 가진 광열변환형 적외선 디바이스
그림30. DBR의 원리와 구조
(3)비분산형 적외선 흡수방식(NDIR)
그림31. NDIR 센싱으로 감지 가능한 다양한 가스 분자의 적외선 흡수 파장
6. 나노세라믹스재료에 관한 장래 전망
6-1. 고성능재료 개발
6-2. 새로운 응용분야로의 확대
6-3. 프로세스의 합리화와 확장성
6-4. 지속가능성에 대한 공헌
6-5. 의료응용의 확대
6-6. 유연성의 향상
6-7. 에너지저장과 전지기술
6-8. AI의 활용
제5장 나노메탈재료
1. 나노메탈 재료의 특징
2. 나노메탈재료의 용도분야
2-1. 촉매
2-2. 전자재료
2-3. 센서
2-4. 에너지 변환 및 저장
2-5. 의료응용
2-6. 환경응용
3. 나노메탈 재료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노메탈 재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노메탈 재료 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림.표3.나노메탈 재료 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
4. 나노메탈 재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 오사카대학
(1)온화한 조건으로 에스테르에서 에테르로 변환하는 새로운 고체 촉매를 개발
(오사카대학 보도자료) https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20220224_2)
그림1. 기존의 에테르합성법과 본 연구에서의 수소화탈산소 반응
(목적 생성물인 에테르와 물만 부생)
그림2. 개발한 담지금속 나노입자 촉매(Pt-Mo/ZrO2)의 (a)실물 사진과
(b)전자현미경(검게 보이는 입자가 Pt)
(2)카복실산에서 유용한 알킬아민을 합성하는 신촉매
(오사카대학 보도자료) https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2024/20240105_3)
그림3. 카르복실산의 환원적 아미노화 반응
그림4. 개발한 담지금속 나노입자 촉매(Pt-Mo/γ-Al2O3)의 (a)실물 사진과
(b)전자현미경(검게 보이는 입자가 Pt)]
(3)탄소를 첨가하여 니켈촉매의 활성을 4배 이상으로 고기능화
(오사카대학 보도자료) https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2024/20240117_2)
그림5. 개발된 Ni3C 나노입자 담지촉매(nano-Ni3C/Al2O3)의 (a)실물
사진과 (b)전자현미경상(검게 보이는 입자가 Ni3C).
(c)nano-Ni3C/Al2O3와 기존 Ni나노입자 담지촉매(NiNPs/Al2O3)의 니트릴의
수소화 반응에서의 활성 비교
4-2. 학교법인 간사이대학
(1)단일 나노구리입자를 이용한 전도성 잉크
[그림6. 메탈라사이클 안정 기구를 가진 IPA에서 보호된 단일 나노구리입자.
화학식(왼쪽), 실물 사진(가운데), SEM사 진(오른쪽)
(2)상온액체 금속분말의 조제
그림7. (a) LM 분말의 조제과정. (b)LM 분말의 광열전 소자 응용
(3)금 나노클러스터 합성과 바이오메디컬 응용
①금 나노클러스터 합성
그림8. 펩신 보호금 나노클러스터에 의한 다색 발광
②금 나노클러스터의 바이오메디컬 응용
그림9. 금 나노클러스터의 광증감작용에 의한 홑겹항산소의 발생 메커니즘
그림10. 홑겹항산소의 강한 산화력을 이용한 치주질환 치료를 위한 광살균 치료법
4-3. 국립대학법인 교토대학
(1)금속 루테늄(Ru) 결정구조 제어
그림11. Ru 결정의 hcp 및 fcc 구조 제어
(2)귀금속 8위안소 합금 합성 성공~다원소 혼합으로 새로운 원자 탄생~
그림12. STEM 관찰로 얻은 귀금속 8위안소 나노합금원소 맵
4-4. 학교법인 도쿄이과대학
(1)합성한 금속 나노클러스터를 자유자재로 제어하는 기술 확립
그림13. 서로 다른 원자 수로 구성된 AuNCs의 모식도(위) 및
Au NCs 수용액의 사진(아래)
그림14. 금속 NCs를 자유자재로 제어하는 파라미터
그림15. 금속 NCs의 정밀 담지법의 확립
(2)고체 고분자형 연료전지(PEFC)에 대한 응용
그림16. PEFC와 전극 반응
그림17. 시판 중인 PtNPs/CB보다 2.8배 높은 ORR 활성을 가진 PtNCs 전극촉매 Pt17/KB
그림18. DFT계산을 통해 얻은 Pt17/그라파이트의 기하구조(왼쪽)와
각 사이트에서 반응이 진행되었을 때의 에너지 다이어그램(오른쪽)
5. 나노메탈 재료에 관한 장래 전망
제6장 나노고분자재료
1. 나노고분자재료란
2. 나노고분자재료의 용도 분야
2-1. 의료분야
2-2. 일렉트로닉스
2-3. 에너지
2-4. 환경
2-5. 재료공학
2-6. 항공우주공학
2-7. 방수.발수코팅
2-8. 광학소자
3. 나노고분자 료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노고분자재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노고분자재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표3. 나노고분자재료의 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
4. 나노고분자재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 교토대학
(1)고분자에서의 형태 제어의 중요성과 폴리머 브러시에 의한 새로운 기능 발현
(2)고밀도화를 통한 브러쉬 기능 강화
그림1. 고탄성 특성, 초저마찰 특성, 사이즈 배제 특성(생체 적합성)이라는 3가지 특성
(3)고밀도 폴리머 브러시 제작법: 리빙 래디컬 중합
(4)초저마찰재료의 실현으로
4-2. 국립대학법인 도쿄과학대학
(1)나노섬유에 관한 기초적 연구와 기능 창출
그림2. 나노섬유의 독특한 특징
(2)나노재료를 이용한 에너지 변환 및 저장용 박막 디바이스 개발
그림3. 나노섬유로부터 집합체를 형성하여 디바이스에 응용
그림4. 나노섬유 네트워크를 포함한 고분자복합막의 개략도
그림5. 카본 네트워크의 이용
4-3. 국립대학법인 도쿄대학
(1)말단만 다른 고분자의 정밀 분리
(도쿄대학 보도자료) https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/8053.html)
그림6. MOF 내에 PEG 도입. 말단미수식 PEG(H)는
기공 내에 확산되지만(왼쪽), PEG(Tr)는 기공에는 들어가지 않는다(오른쪽)
그림7. PEG 혼합물의 분리
그림8. '고분자 정밀분리'라는 새로운 학술을 개척
(2)나노미터 크기 MOF를 이용한 고분자 단량체 배열을
인식하는 기술을 개발
(도쿄대학 보도자료) https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-06-22-001)
그림9. MOF의 기공을 이용한 단량체 배열의 인식 원리
그림10. MOF에 의한 단량체 배열과 블록 배열의 식별
4-4. 국립대학법인 나가오카기술과학대학
(1)유기색소 나노박막 시험지[1]
그림11. 나노입자 박막의 제작방법
그림12. 나노입자 박막의 이용방법과 장점
그림13. ppb 수준의 물 시료용 고감도 이온 시험지로서의 나노박막 시험지
(2)고체 표면의 간이원소분석을 가능하게 하는 터치 테스트[2]
그림14. 터치 테스트의 활용 씬
(3)환경정화용 광촉매 막[3]
그림15. 홑겹항산소발생시스템
4-5. 국립대학법인 나라첨단과학기술대학원대학(NAIST)
(1)분자설계에 의한 새로운 기능성 폴리젖산의 창제
그림16. 말단 수식 폴리젖산 스테레오 콤플렉스화의모식도
그림17. 다양한 말단 수식 폴리젖산 스테레오 콤플렉스화 사례
그림18. 바닐린으로 말단 수식한 폴리젖산의 pH 응답성
그림19. 바닐린으로 말단 수식한 폴리젖산의 pH 응답에 의한 조직 변화
(2)축열제 입자
그림20. PE 미립자의 교호적층 박막화 프로세스의 모식도.
박막화 전 PE(왼쪽), it-PMMA/st-PMMA에 의한 교호적층 박막화(가운데),
축열재로 사용하기 위해 상변화된 상태(오른쪽)
4-6. 학교법인 리쓰메이칸대학
(1)「힘을 가시화」하는 재료 개발
그림21. N*-LC의 분자 배향과 외부 장에 따른 응답 모식도
그림22.N*-LCE의 메카노·옵티컬 거동
(2)고분자 내 3차원 분자 배향제어기술 개발
그림23. 분산 중합으로 얻은 고분자 액정 미립자의 SEM 상(위)과
입도 분포(아래)
그림24. N*-LC 고분자 미립자의 선택 반사 특성.
입사각도를 변화시켰을 경우의 반사 스펙트럼
5. 나노고분자재료에 관한 장래 전망
제7장 나노카본재료
1. 나노카본재료란
2. 나노카본재료의 특징
3. 나노카본재료의 용도분야
3-1. 일렉트로닉스
3-2. 에너지저장
3-3. 촉매
3-4. 바이오메디컬
3-5. 환경
3-6. 복합재료
3-7. 열전도재료
3-8. 차량부품
4. 나노카본재료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노카본재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노카본 재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표3. 나노카본재료의 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
5. 나노카본재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 학교법인 아오야마가쿠인대학
(1)그래핀을 이용한 투명 안테나
①투명 안테나 재료로서의 그래핀의 특징
그림1. 그래핀을 이용한 투명 안테나의 특징
②CVD+전사를 통한 그래핀층 제작방법
그림2. Layer by Layer법에 의한 적층전사과정
③CVD 그래핀을 이용한 투명안테나 제작 및 동작 실증
그림3. 단층 CVD 그래핀 투명 안테나
그림4. 그래핀에 대한 TFSA 도핑
그림5. 적층 그래핀을 이용한 투명 안테나의
방사 패턴(위)과 Au의 방사 패턴(아래)의 비교
(2)나노카본잉크의 디바이스 응용
5-2. 국립대학법인 교토대학
(1) CNT 구조와 고순도 단일구조 CNT 박막
그림6. 단층 CNT의 구조와 물성
그림7. 고순도 단일구조 CNT
(2)비집광 태양광에서 고온을 발생하는 CNT 선택흡수막 개발
그림8. 단층 CNT막의 복소굴절률 스펙트럼
그림9. 태양광 선택 흡수체를 이용한 비집광 태양열 기관의 효율
(3)열을 협대역 근적외선으로 변환하는 나노탄소 디바이스 개발
그림10. CNT에서의 유사 1차원 여기자
그림11. CNT의 협대역 엑시톤 열복사
그림12. 열광기전력발전의 기본 개념
5-3. 학교법인 긴키대학
(1)고밀도, 장척 CNT 포레스트 제어 합성
그림13. CNT의 CVD 성장 프로세스
①고밀도 CNT 포레스트의 저온 성장 메커니즘[1-3]
그림14. 신규 3원계 촉매
그림15. CNT 고밀도화 메커니즘
그림16. 고밀도 CNT 포레스트 성장메커니즘 분석
②장척 CNT 포레스트 성장 메커니즘[5, 6]
그림17. 금속원의 기상 공급과 수명 연장의 메커니즘
그림18. 콜드가스 CVD법으로 성장시킨
세계에서 가장 긴 CNT 포레스트(14cm)]
(2)고밀도, 장척 CNT 포레스트의 전기화학적 응용
①고밀도 CNT 포레스트의 전기화학적 응용[7]
그림19. 포토리소그래피에 의한 패터닝 기술과
조합한 Au 전극상의 고밀도 CNT 포레스트
그림20. 사례: 도파민의 선택적 측정
②긴자 CNT 포레스트의 전기화학적 응용
그림21. 촉매 입자-CNT 복합전극촉매(위)와 센티미터 스케일의
CNT 포레스트를 직접 이용한 바이오센서용 전극(아래)
5-4. 국립대학법인 구마모토대학
그림22. 그래핀 매달기 구조와 AFM 실험장치의 모식도
그림23. 그래핀 나노드럼을 갖춘 기판의 광학현미경(왼쪽)과 AFM 상(오른쪽)
그림24. 측정한 열진동 스펙트럼의 수평 스캔 결과
그림25. 측정한 열진동 스펙트럼의 수직 스캔 결과
5-5. 국립대학법인 도쿄대학
그림26. 기존의 2차원 vdW 이종구조의 모식도(위),
이번에 새롭게 합성에 성공한 1차원 vdW 이종구조의 모식도(아래)
그림27. 단층 CNT-BNNT-MoS2 이종구조의 모식도(왼쪽 위),
고각산란환상암시야주사투과형 전자현미경상(왼쪽 아래),
환상명시야주사투과형 전자현미경상(가운데 아래),
전자에너지손실분광법에 의한 원소 매핑 상(오른쪽)
5-6. 국립대학법인 나고야공업대학
(1)나노카본의 리튬이온이차전지(LiB) 응용
①SWCNT에 요오드 내포
그림28. SWCNT에 요오드 내포
②레독스 커패시터
그림29. 레독스 커패시터의 원리
③유기분자 전극
그림30. 분자 내포 SWCNT를 이용한 새로운 콘셉트의 수용액 이차전지
⑤금속공기전지
(2)광촉매에 대한 나노카본 응용
①SWCNT 속 요오드가 두 손으로 나뉘어 CO2를 분해하는 광촉매 개발
(나고야공업대학 보도자료) https://www.nitech.ac.jp/news/press/2021/8970.html)
그림31. 태양광에 의한 SWCNT에서 CO2 환원 메커니즘
그림32. 태양광을 이용한 SWCNT의 수소 생성(왼쪽)과 CO2 환원(오른쪽)
②태양광 수소생성과 전지발전을 반복할 수 있는 요오드화수소(HI) 사이클로
그린수소를 고효율 생성(나고야공업대학 보도자료
https://www.nitech.ac.jp/news/press/2023/10651.html)
그림3. 태양광 수소생성과 전지발전을 반복할 수 있는 HICycle
5-7. 국립대학법인 요코하마국립대학
(1)탄소나노튜브(CNT) 복합지/실/천 개발
그림34. CNT 복합지
그림35. 일본에서 유래한 종이뜨기 기법을 도입한 CNT 복합지의 제작과정,
(a)펄프 분산액과 CNT 분산액의 혼합, (b)혼합액을 종이로 거르고,
(c)건조 및 성형, (d)CNT 복합지 완성
그림36. CNT 복합사의 제작 프로세스
(2)CNT 복합지/실/천의 응용
그림37. CNT 복합지/실/천의 응용전개 가능성
그림38. 열전발전이 가능한 CNT복합지/실
(3)가역성 CNT 하이드로겔
그림39. CNT 하이드로겔 상태, (a)비가열(분산액 상태),
(b)60℃에서 20분 가열 후(연겔상태), (c)60℃에서 60분 가열 후
(경겔 상태)
6. 나노카본재료에 관한 장래 전망
제8장 나노바이오재료
1. 나노바이오재료란
2. 나노바이오재료의 특징
3. 나노바이오재료의 용도 분야
3-1. 의료
3-2. 환경응용
3-3. 식품, 농업
3-4. 에너지
4. 나노바이오재료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노바이오재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
그림·표2. 나노바이오재료의 종류별 일본 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
[그림.표3. 나노바이오재료 종류별 세계 시장규모 예측
(금액: 2025-2050년 예측)
5. 나노바이오재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 공립대학법인 오사카공립대학
(1)층상 수산화물
그림1. LMH 결정구조의 모식도
그림2. LMH 나노입자 분산액 애플리케이션
그림3. LMH 나노입자 분산액의 예(Ni-Al계). 분산액의 외관(왼쪽),
X선 회절(XRD) 패턴(가운데), SEM 상(오른쪽)
(2)바이오이미징
그림4. 조영제의 고화(겔화) 거동. 투과형 전자현미경(TEM)상(왼쪽),
상호 가교된 NiAl-LMH 나노입자의 모식도(오른쪽)
그림5. LDH X-ray μ-CT 관찰 결과
그림6. X-ray μ-CT에 의해 얻어진 태반 조직의 멀티스케일 조직 구조
5-2. 국립대학법인 오사카대학
(1)1분자 시퀀서
그림7. DNA 시퀀서의 세대 변천
(2)1세균·1바이러스시퀀서
그림8. 나노포어센서와 나노갭센서의 원리
5-3. 국립대학법인 도쿄대학(1)
그림9. 피부가스로서의 아세톤의 생성경로
그림10. 각종 가스센서의 감도
그림11. 제올라이트를 이용한 복합기능형 가스센서
그림12. 나노사이즈효과
그림13. 혼합가스의 선택적 검출
그림14. E-Nose에 의한 VOC와 질환의 체계화
5-4. 국립대학법인 도쿄대학(2)
(1)「공동창조의 장 형성 지원 프로그램(COI-NEXT) 공동창조 분야·본격형」
프로젝트의 전체 구상
그림15. 프로젝트가 목표로 하는 미래 시나리오
그림16. 비전 실현을 위한 4가지 목표
그림17. 임해야 할 5가지 연구개발 과제
(2)연구개발 과제 상세
①호기를 이용한 다항목 건강진단에 의한 건강지킴이시스템 개발
②생체 I/O 디바이스를 통한 복약관리기술 개발
그림18. '붙이기만 하면 인공췌장'의 모식도
③노화의 전조를 진단하고 제어하는 스마트나노머신 개발
그림19. 노화 제어의 연구개발
④장수 이노베이션 실현을 위한 시민 계발과 실증 필드 구축
⑤장수 이노베이션의 사회 구현
(3)출구전략과 한층 더 발전
①가와사키 거점의 강점을 살린 출구전략
그림20. 가와사키 거점의 강점을 활용한 출구전략
②연구개발 주제 창출
그림21. 지역과 밀접하게 연계된 공감·실증의 장 형성
5-5. 국립대학법인 도쿄농공대학
(1)생체 내 하이드로겔 디바이스 생성
①저각도 의존성 포토닉 콜로이드 결정 하이드로겔 마이크로비즈
을 이용한 눈으로 인식 가능하고 재현성이 있는 생화학적 플렉시블 센서
그림22. 마이크로 비즈 제조용 장치(위). 자외선에 의한 겔화 프로세스(아래)
②여러 폴리머의 균질한 혼합물에서 거시적으로 상분리된 마이크로겔로
이에 의해 생성된 동시 가교
그림23. 코어 쉘 구조 제작
③유전자 치료용 열 변환기를 갖추었다
알긴산 히드로겔 마이크로비즈의 근적외선
유발된 온디맨드 제어 방출 아데노 수반 바이러스(AAV)
그림24. 알긴산 하이드로겔 마이크로비즈에서
NIR 유발 온 디맨드 제어 AAV 방출 개념도.
(a) Fe3O4-MP를 포함하는 AAV를 캡슐화
알긴산 하이드로겔 마이크로 비즈.
(b)근적외선을 흡수하고 표면 플라즈몬 효과에 의해 열을 발생
Fe3O4-MP. (c)열변환기에 의한 AAV의 확산속도 증가로
마이크로 비즈에서 방출되는 AAV
(2)초음파에 의한 세포의 비접촉 액튜에이션 시스템 개발
①방출 촉진제를 포함하는 히드로겔 마이크로비즈를 사용한 초음파
트리거 온디맨드 DDS
그림25. 텅스텐 미립자를 포함한 히드로겔에 초음파 조사함으로써
AAV가 방출되는 모식도
②음향 응답성 리포좀 개발
그림26. 제작한 리포좀으로 예상되는 효과
(3)경피 약제 투여
그림27. 소노포레시스에 의한 나노입자 투여시스템
5-6. 국립대학법인 나가오카기술과학대학
(1)생체활성형 바이오세라믹스 골보전제의 현황과 과제
(2)아파타이트 나노입자 하이드로겔 창제 제안
그림28. CPNP 하이드로겔의 개념을 나타내는 모식도
(3)하이드로겔 합성조건
그림29.2 종류의 젤의 창제
(4)하이드로겔 형성기전
그림30. Cit/CPNP 네트워크 형성 메커니즘
(5)정리
6. 나노바이오재료에 관한 장래 전망