화학 1 분과 기획위원회

안 태 환(코오롱중앙기술원)

2

1. 원천기술의 정의

2. 기술개발의 필요성

3. 국내외 시장동향

4. 기술개발 동향

5. SWOT 분석

6. 연구기획 추진경과

7. 기술개발 목표

8. 세부 핵심기술

9. 기대 효과

3

유기소재의 열저장, 열방출, 열전, 열저항 등의 열적 특성을 제어하기 위한

유기소재합성, 열기능 나노입자 제조, 모폴로지 구조제어, 나노입자 분산제어

기술 등의 요소기술과 제조된 소재를 이용한 응용기술

(1) 열저장용 나노입자 고차구조제어 기술

(2) 고효율화 열방출 나노구조의 정밀제어 기술

(3) 열전화학소재의 나노기능화 및 복합화기술

(4) 열저항 조절을 위한 유기복합소재화 기술

정의

유기소재의 나노구조 조절을 통한 다양한 열특성 제어기술

열저장축열소재

열전변환화학소재

열방출나노소재

열저항복합소재

기술명

Visible light

ThermalRadiation

ThermalResistance

산업기반기술취약

핵심소재수입의존

기존소재물성한계

유기 나노구조 제어기술 열특성 제어기술

저탄소 녹색성장 !

미래산업소재대응원천기술

국가 경쟁력 강화, 미래산업 주도의 기반

4

5

자동차 산업

IT 산업

건축 산업

우주항공 산업

Green Energy 산업

차세대 Display 산업

- 전기/Hybrid Car의 열전소재 -

- Mobile/Notebook의 방열 소재 -

- 내외부 열차단 보온/냉각 소재(저항) -

- 우주, 항공용 열전 소재 -

- 고온에서의 태양전지 효율 향상 축열 소재 -

- LED/Flexible display용 내열 소재 -

3조원

5조원 4조원

3조원

1조원

4조원

친환경 고효율 에너지 시대 : 열관리 소재 신규수요 급증 전망

2019년 열특성 제어소재 세계시장 20조원 규모로 성장 예상

이산화탄소 절감 : 2019년 2억톤 절감 예상 (전체 20억톤)

미래형 자동차 : Waste heat recovery, 하이브리드 자동차

차세대 전자, IT 부품 : LED, 차세대 디스플레이

건축용 내외장재 : 투명 열차단 window, curtain wall (축열소재)

6

구분 2007년 2008년 2009년 2013년 2019년

해외시장금액 5 8 10 12 20

점유율 7 7 8 10 20

국내시장금액 0.4 0.7 1 1.3 2

점유율 50 50 60 70 80

(단위 : 조원, %)

출처 :- 열저장, 방열소재 : Prismark report (2000, USA), 공업재료 (2008. 10, 일본)- 열전, 열저항소재 : 전자정보센터, 디스플레이 부품 개황 (2008.7.28, 한국)

열저장 나노입자 방열 소재 열전 소재 열저항 나노 졸겔 코팅

제조사 Outlast (미국) NASA (미국) Kristalbond (일본)

최고성능Energy capacity

100 J/g

T 80%, IR cut 90%

열관류율 4.97Kcal/m2h℃

적용부품섬유, 기능성 의류, 보온재,

건축용 내외장재

건축용 내외장 window

자동차 window 코팅

개발현황

미국, 독일등 선진국에 의해

개발 주도

마이크로 단위의 잠열축열

입자 제조

기존 Low-E 유리 대체기술

: 금속박막 산화, 변색

: High shielding 제품 제약성

일본 Kistalbond사

: 나노 졸겔 기술 개발

국내현황 Coacervation법 PCM 캡슐

산업체 : 에네트

국내 기술 미약,

최근 기업관심 집중되고 있음

ZT 성능지수 : 1

우주항공부품 , 자동차 패열활용 부품, 열전 전원장치,

고효율 급속 냉각장치

7

Coolpolymer (미국)

열전도도 : 20 W/mK

모바일 통신기기, 세탁기 부품Heat Sink, LED 패키지소재,자동차용 전원 모듈

미국 등 선진국을 중심으로

개발이 진행 중임

무기계 열전소재 개발

전통적인 컴파운딩 기술에

의한 제품 제조

산업체 : LG화학

열전 유기소재에 관한 연구

개발은 미약함

미국, 일본 등 선진국에 의해

개발 주도

그리스형태의 방열소재 개발

8

Strength (강점) Weakness (약점)

Opportunity (기회) Threat (위협)

유기나노구조 제조 기반 기술 확보

건축, 전자산업, 자동차 분야 기술강국

미래 에너지 관리 소재기술 대책

미래 열제어 소재 거대수요 예상

차세대 성장동력 소재 신수요 창출

연관 기술분야 시너지 창출효과

국내외 대규모 잠재적 시장 증가

중소기업 위주의 소재산업구조

원자재의 수입의존성이 큼

핵심 소재기술 해외 의존성 큼

중국 등 후발국 격차 급감, 경쟁 심화

자원의 편재, 소재기술 의존심화

시장과 기술의 지리적 교두보

국내 열제어소재 연구기반 취약

국제적 경제 침체 지속, 장기기술 위축

일본 차세대 전략 분야로 집중 투자

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산•학•연 전문가의 기획위원회 구성 (1.22)

기술체계를 검토하여 세부 핵심기술 선정 (2.20)

시장, 기술, 특허 분석을 통한 기술수준 분석 (2.20)

선진기업 대비 기술격차를 고려한 기술개발목표 도출 (2.20)

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F. 분자구조제어를 통한 열감응화학소재 제조 기술

친환경 열저장 나노입자 소재합성 기술스마트 열저장 나노입자 설계 및 제어기술상변이 물질을 이용한 열제어 기술나노캡슐의 소재 복합화 기술

고효율 열방출형 화학소재 설계 기술열방출 기능성 입자 선정 및 가공 기술기능성 입자의 3차원 모폴로지 정밀제어 기술열방출형 화학소재의 기계적 물성 제어 기술

나노필러의 분산 및 길이특성 제어기술나노필러의 열 및 전기적 특성 복합제어 기술나노구조에 따른 전자 및 포논의 확산거동 제어기술Seebeck 상수 향상 및 최대 ZT 획득기술

고효율 열저항 유기복합소재 설계 기술열저항 기능성 입자 표면처리 및 가공 기술기능성 나노입자의 분산 및 배열 제어 기술열저항 성능제어 및 유기복합소재화 기술

열감응 색소 합성 및 대응 유기산 선정 기술분자구조 제어를 통한 상변이 온도 및 발현특성 조절기술마이크로 인캡슐레이션 및 복합체 가공 기술

A-1A-2A-3A-4

B-1B-2B-3B-4

C-1C-2C-3C-4

D-1D-2D-3D-4

E-1E-2E-3

F-1F-2F-3

E. 유기소재의 나노구조 조절에의한 태양열 고흡수화 기술

습식공정용 태양열(적외선) 고흡수 유기소재 합성기술태양열(적외선) 고흡수화를 위한 나노복합화 제어기술태양열(적외선) 고흡수 유기소재의 초박막화 공정기술

A. 열저장용 나노입자고차구조제어 기술

B. 고효율화 열방출나노구조의 정밀제어기술

C. 열전화학소재의나노기능화 및 복합화 기술

D. 열저항 조절을 위한유기복합소재화 기술

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A. 열저장용 나노입자 고차구조제어 기술

B. 고효율화 열방출 나노구조의 정밀제어 기술

C. 열전화학소재의 나노기능화 및 복합화 기술

D. 열저항 조절을 위한 유기복합소재화 기술

시장 포트폴리오 분석 기술 포트폴리오 분석

A-1A-3

A-2

A-4

A-1

A-3

A-2

A-4

B-1

B-2

B-3 B-4

B-1B-2B-3

B-4C-1 C-4

C-1

C-3

C-2

C-2C-3

C-4

D-1

D-3

D-2D-4

D-3

D-4D-1

D-2

E-2

E-3E-1

E-2E-1

E-3

F-1

F-3

F-2

F-1F-2F-3

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열저장용 나노입자고차구조제어 기술

► 나노 캡슐화를 통한 기존 소재의 열효율 최적화

► 친환경성 소재 및 공정을 통한 환경 및 인체보호

► 원천기술 국산화를 통한 수입 대체 및 국가 경쟁력 확보

고효율화 열방출 나노구조의 정밀제어 기술

► 전자기기의 소형화에 따른 신규 열방출 화학소재 필요

► 최대 열방출 효율의 임계한계 극복을 위한 신기술 필요

► 기술선진국에서도 연구단계로 원천기술 확보 가능

열전화학소재의 나노기능화 및 복합화 기술

► 고유가 시대 극복을 위한 에너지 변환 효율 향상 필요

► 열전 화학소재관련 국내기업 전무하여 전량 수입에 의존

► 원천기술 확보를 통한 글로벌 소재 시장 선점 가능

열저항 조절을 위한유기복합소재화 기술

► 저탄소 녹색성장을 위한 에너지 효율화 기술 부각추세

► 건축용 투명단열재, 자동차 window 시장 성장 급속화

► 투명 열저항 원천소재의 신기술에 대한 수요 급증

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열저장용 나노입자 고차구조제어 기술 : 150 nm (입자크기)

고효율화 열방출 나노구조의 정밀제어기술 : 35 W/mK (전기전도도)

열전화학소재의 나노기능화 및 복합화 기술 : 10,000 μV/K (지벡상수)

열저항 조절을 위한 유기복합소재화 기술 : 2.50 Kcal/m2hr℃ (열관류율)

세부 기술 목표

최종 목표 (2019년)

유기소재의 나노구조 조절을 통한 다양한 열특성 제어기술 개발

상변이 입자 크기 : 150 nm

열전도도 : 35 W/mK

지벡상수 : 10,000 μV/K

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열저장용 나노입자

고차구조제어 기술

국내 해외 201920162013

고효율화 열방출나노구조의 정밀제어

기술

열전화학소재의나노기능화 및복합화 기술

열저항 조절을 위한유기복합소재화

기술

성능지표현재 기술 수준 기술개발 목표 (년)

세부 핵심기술명

Energy capacity (J/g)

입도 (nm)

Encapsulation Efficiency (%)

열전도도 (W/mK)

열전도도 이방성 (%)

입자분산도 (nm)

열전소자 성능지수 (ZT)

소자효율 (%)

지벡상수 (μV/k)

열관류율 [Kcal/m2hr℃)

열선차단율 (%)

가시광 투과율 (%)

50

5000

60

100 (미/Outlast)

1000 (미/Outlast)

90 (미/Outlast)

7

100

-

20 (미/Coolpolymer)

100 (미/Coolpolymer)

-

0.5

1

10

1 (미/NASA)

5 (미/NASA)

100 (미/MIT)

-

-

-

4.97 (일/Kristalbond)

90 (일/Kristalbond)

80 (일/Kristalbond)

110 120 130

200 180 150

90 92 95

25 30 35

150 200 300

200 100 50

2 3 4

5 8 12

500 1000 10000

4.5 3.5 2.5

90 95 97

80 84 88

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2019년

세계시장규모 20조

국내시장규모 2조

세계시장점유율 20%

미래창출시장 50조

2009년

세계시장규모 10조

국내시장규모 1조

세계시장점유율 8%

원천기술 개발

산업적 측면- 소재산업• 미래형 자동차, 차세대 IT소재 대일무역 역조 해소

• 저탄소 녹색성장 대응형 열관리소재 시장 선점

- 수요산업• LED조명 및 차세대 디스플레이 핵심소재 적용

• 그린시티 건축용 첨단 내외장 소재

시장적 측면