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미라 옹
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1 20 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 기획특집 - 나노소재응용기술 탄소나노튜브의산업화현황과전망 소대섭, *, ** 김경호 * 이호신 * 서주환 * * 한국과학기술정보연구원나노정보분석팀, ** 한양대학교나노공학과 Status and Prospect of Carbon Nanotube Commercialization Dae-Sup So, *, **, Kyung-Ho Kim*, Ho-Shin Lee*, and Ju-Hwan Seo* *Nanothechnology Information Annalysis Deptment, Korea Institute of Science and Technology Information, **Department of Nanotechnology, Hanyang University Abstract: 탄소나노튜브는 1991 년의이이지마에의해발견되었으며, 강철보다 100 배강한인장강도와뛰어난유연성및구조에따라변하는전기적특성등독특한물성으로인하여 21 세기꿈의신소재로여겨지고있다. 선진국의시장예측보고서는향후한국이탄소나노튜브시장에서세계선두권을차지할것으로전망하고있다. 본고는탄소나노튜브의개념에대해간략히언급하고, 산업화동향및향후전망에대해자세히알아보고자한다. Keywords: carbon nanotube, commercialization, market, industry 1. 서론 1) 1.1. 탄소나노튜브개요 탄소나노튜브의개념탄소나노튜브 (Carbon Nanotube, CNT) 는일반적으로 1991 년 NEC 기초연구소의수미오이이지마 (Sumio Iijima) 에의해발견된것으로알려져있다. 그러나 Hyperion Catalysis 는 1983 년에다중벽탄소나노튜브를이미생산했고, MWCNT ( 당시에는 carbon fibril ( 탄소원섬유 ) 이라불렀음 ) 의제조에대해 1987 년에특허를획득했다. 이이지마의기여는이물질의독특한화학구조의이해와 SWNT 의제조 (1993 년이이지마와 IBM 의 Donald Bethune 에의해각각독자적으로합성 ) 에있다고할수있다. 탄소나노튜브는 6 각형으로배열된탄소원자들이튜브상모양을하고있는탄소동소체중의 주저자 ( dasus@kisti.re.kr) 하나이다. 하나의겹으로구성된단일벽나노튜브 (Single-Walled Carbon Nanotube, SWNT) 는약 1 나노미터내외의직경을갖고있고, 여러겹의탄소망이겹쳐져있는다중벽나노튜브 (Multi-Walled Carbon Nanotube, MWNT) 는전체직경이 5~100 nm 정도이다. 탄소나노튜브는특유의나선성 (chirality) 에따라부도체성, 전도체또는반도체적성질을나타낼수있어서, 구리와같은금속성이될수도있고또실리콘과같은반도체성거동을나타내기도한다. 탄소원자간의강력한공유결합 (covalent bond) 에의해연결되어있기때문에높은강도를나타내고있다. 1/6 의무게로강철 100 배의인장강도를나타내는가하면, 매우큰인장강도에도불구하고, 매우유연하며, 평편하게또는꼬거나구부릴수도있다. 또한탄성이커서변형후에원래의형상으로쉽게되돌아온다. 이러한물성으로인해 SWNT 는강하고유연한코드나케이블의제조에유용하게쓰일수있다.

KIC News, Volume 10, No. 4, 2007 21 Table 1. CNT 의가치사슬구조 ( 원재료 - 중간품 - 최종품 )[1] Figure 1. 탄소나노튜브의발견 ( 이이지마 ).

과기타전기분해법, Flame 합성법등이있다. 이중벽탄소나노튜브 (DWNT) 1.1.2. 탄소나노튜브의응용분야탄소나노튜브는전자소자, 복합재료, 연료전지또는센서등그적용분야가매우넓다.

에 CNT 가활용되어가치를창출할수있는사슬구조를나타내었으며, Table 2 에는그응용분야를나타내었다. 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) Figure 2. 탄소나노튜브의종류. 2. 본론 2.1.

2 KIC News, Volume 10, No. 4, Table 1. CNT 의가치사슬구조 ( 원재료 - 중간품 - 최종품 )[1] Figure 1. 탄소나노튜브의발견 ( 이이지마 ). 단일벽탄소나노튜브 (SWNT) 응축되게하는레이저증착법 (Laser Vaporization) 과, 촉매입자와반응기체가반응기안으로연속적으로주입되면서탄소나노튜브가합성되는기상합성법 (Vapor Phase Growth) 과기타전기분해법, Flame 합성법등이있다. 이중벽탄소나노튜브 (DWNT) 탄소나노튜브의응용분야탄소나노튜브는전자소자, 복합재료, 연료전지또는센서등그적용분야가매우넓다. Table 1 에 CNT 가활용되어가치를창출할수있는사슬구조를나타내었으며, Table 2 에는그응용분야를나타내었다. 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) Figure 2. 탄소나노튜브의종류. 2. 본론 2.1. 탄소나노튜브의산업화현황 탄소나노튜브를합성하기위한방법으로는, 기판상에촉매를부착한후이를가열로내에두고, 메탄과같은탄소함유가스를서서히공급하면서촉매상에나노튜브를형성하는화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 과, 흑연막대가레이저펄스로증발되어고온의탄소가스를발생하여나노튜브로 해외 1991 년발견된이후초기에는주로재료의합성, 물성및화학적특성에대한연구가진행되었으나, 1998 년에나노튜브트랜지스터가구현된이후에는소자응용에대한연구가많이진행되고있다. 또한, 복합재료분야에서도많은연구가이루어져이미산업적응용이시도되고있으며, 디스플레이, 전자회로, 이미징

3 22 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 Table 2. 탄소나노튜브의용도 분야용도비고 전지 / 콘덴서 연료전지용수소저장소재리튬이온전지의전극재료전기이중층콘덴서재료 고성능축전지의장수명화 고성능축전지 전자장치 차세대트랜지스터 ( 양자효과이용 ) 측정기 나노온도계 를 0.25 단위로측정 표시소자 FED (Field Emission Display) 형광표시관의전자총전계방출형전자원 전자방출소자를 10% 낮은전압에서가동 탐침 / 나노테크부재 AFM, APM, ATM현미경의탐침나노휘스커, 나노로드 회로소재 반도체회로등의초미세가공소재에사용 바이오 / 의약 바이오센서, 주사침, 캡슐 ( 약의생체수송과방출 ) 복합재료 수지 세라믹 금속의강화전도성복합재, 반도성플라스틱, CC복합재료 < 자료 > 産總硏 (2001) 재료의요철부분의위를씌워원자단위로관찰 복합재료의정전방지, 경량화, 고강도화, 수지의성능향상 장비에대한응용가능성이점차높아지고있다. 현재초소형, 초고속칩과초박막, 초고해상도디스플레이에대한수요가크게증가함에따라합성비용에대한문제를극복하기위한업체들의경쟁이치열하게전개되고있다. 대표적연구그룹으로는 1998 년최초로탄소나노튜브트랜지스터를제안한네덜란드 Delft 대학의 Dekker 그룹을비롯해, 미국의 Rice 대학의 Smalley 그룹, Harvard 대학의 Lieber 그룹, Stanford 대학의 Dai 그룹, North Carolina 대학의 Otto Zhou 그룹, UCLA 대학의 Gruner 그룹, Illinois 대학의 Strano 그룹, 동경대학의마루야마그룹등을들수있다. 독일의막스플랑크연구소나미국의 NASA, Naval Research 등국책연구소와 IBM 및한국의삼성 ( 삼성종기원, 삼성 SDI, 삼성전자포함 ) 등이선두권을유지하는기관들이다 국내아직까지는탄소나노튜브복합소재와연구개발용으로활용되는시장대부분을차지하 고있으나, 수년내에전계발광디스플레이또는연료전지등의활용연구성과가가시화될경우시장규모가급격하게확대될것으로예상된다 년에는국내시장규모가약 4 억원 (40 kg), 2001 년 7 억원 (100 kg) 정도였으나, 2002 년시장규모는약 12 억원 (268 kg) 정도이며, 2007 년에는 792 억원이될것으로전망된다 년을기준으로전체 12 억원의시장중에서약 10.5 억원을일진나노텍이공급하여 87.5% 의시장을점유하고있고, 해외수입이 1 억원으로 8.3%, 기타업체가 0.5 억원인 4.2% 의시장을점유하고있다 [2]. 일진나노텍은 2004 년기준으로연간약 5 톤정도를생산하고있으며, 탄소나노튜브의대량생산과평면형광원을개발하고있다. 17 인치 CNT 평면광원의프로토타입을제작한나노퍼시픽등많은벤처기업들이이분야에서시장선점을위한치열한경쟁을벌이고있다. 최근 CNT, 제이오, 카본나노텍등의벤처기업들이기상합성법 (CVD 법 ) 을바탕으로고분자복합체에활용이가능

4 KIC News, Volume 10, No. 4, Table 3. 해외주요기업 기업명국가특징생산능력 Carbon Nanotechnologies Inc. Hyperion Catalysis International Carbolex Showa Denko CNRI Mitsubishi 중공업 Nikkiso 미국 미국 미국 JFE-CNT Toray JFCC (Frontier Carbon) Microphase GSI 크레오스 Fujitsu Hitachi NEC Honjo Chemical Nanocyl Shenzhen Nanotech Port Co. 벨기에 중국 - Rice대학으로부터 HiPco 공정에대한라이센스를획득 - Smalley 공동설립, Kellog에합병됨 - 단일벽, 이중벽, 삼중벽탄소나노튜브공급에집중 - SWNT 대량합성 (HipCo method) - 응용분야 : 전계방출, 에너지소재, 기능성복합재 - 원천다중벽나노튜브제조업체로서, 복합물응용을위한고분자와선혼합된다중벽나노튜브를개발 - 82년설립 ( 상표명, FIBRIL), GE에합병됨 - MWNT 대량합성 (Gas stream reaction) - 응용분야 : 자동차, 전자, 고분자수지 - Sigma-Aldrich 를통해 SWNT 를그램단위로판매 - 98년설립 (Kentucky 대학 ) Eklund 설립 - 전기방전법 SWNT, MWNT 판매 - 응용분야 : 전계방출분야 년 1월부터양산 (300kg/day) - 응용시장주력 (VGCNF) 년 CNF와 MWNT 양산 (Gas stream reaction) - 응용분야 : 2차전지, 섬유, 복합재 - Mitsui 자회사 - MWNT 대량합성기술개발, SWNT 기술개발중 (Fluidizing bed reaction) - 응용분야 : 연료전지, 반도체, 의료용 - Frontier Carbon 자회사설립 - SWNT 대량합성 (Fluidizing bed reaction) - 응용분야 : 전계방출, 연료전지, 기능성복합재 - SWNT, MWNT 대량합성 (Arc discharge) - SWNT 대량합성 (Fluidizing bed reaction) - 응용분야 : 연료전지 - MWNT 대량합성 ( 대기압 Arc discharge) - 응용분야 : 전계방출, 기능성복합재 - SWNT, MWNT 대량합성, C60 소스, Zeolite, Fe/Co catalyst ( 나고야대시노하라교수기술 ) - 응용분야 : 전계방출, 에너지소재, 기능성복합재 - SWNT 대량합성 (Fluidizing bed reaction) - Selective growth MWNT 합성 - 응용분야 : 연료전지, 전계방출, 반도체소자 - SWNT, DWNT 대량합성 (Gas stream reaction) - 응용분야 : 연료전지, 전계방출 - Cup-shaped MWNT 대량합성 (Gas stream reaction), Carbere (Endo교수기술제휴 ) - 응용분야 : 연료전지, 전계방출 - Selective growth MWNT 합성 - 응용분야 : 반도체소자 - SWNT 대량합성준비중 - 응용분야 : 연료전지 - Carbon Nanohorn (Laser vaporization) - 응용분야 : 연료전지 - SWNT, DWNT, MWNT 대량합성 (Arc discharge) - 응용분야 : 전계방출, 기능성복합재 - 유럽의대표적기업 - SWNT, DWNT, MWNT 대량합성 (Gas stream reaction) - 응용분야 : 연료전지, 전계방출응용, 기능성복합재 - 아시아에서가장큰탄소나노튜브제조업체 - 중국과학원설립회사 - SWNT, DWNT, MWNT 대량합성 (Plasma Arc discharge, Gas stream), - 응용분야 : 연료전지, 전계방출응용, 기능성복합재 SWNT 연간 5 t ('03) MWNT 연간 200 t 이상 ('03) SWNT, MWNT 연간수 t ('03) MWNT 직경 150 nm : 연간 40 t ('03), MWNT 직경 80 nm : 연간 10 t ('03) MWNT : 연간 120 t ('03), SWNT : 연간 1 t ('03) SWNT, MWNT 연간수 t ('03) SWNT, MWNT 연간 4 t ('03) MWNT 연간 40~50 t ('03) SWNT, MWNT 연간 360 kg ('03) SWNT, MWNT 연간수 t ('03)

5 24 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 Table 4. 국내주요기업 업체소재지특징및주생산품응용분야 일진나노텍 서울 - CVD 방식에의한 SWCNT, MWCNT 합성및판매 - ARC 방식에의한 SWCNT, MWCNT 합성및판매 - CNT BLU 개발중 ( 일진다이아몬드공동 ) - 전계방출소자용 - 기능성복합재용 - 연료전지 (DMFC) CNT 인천 - CVD 방식에의한 MWCNT 합성 (~20 ton/yr) - 고분자복합체용 제이오인천 - CVD 방식에의한 MWCNT 합성 (~20 ton/yr) - 고분자복합체용 카본나노텍 포항 - CVD 방식에의한 MWCNT 합성및판매 (~45 ton/yr), $100/kg 수준까지판매가능 - CNT- 고분자복합재, CNT- 금속복합재응용분야개발중 - 연료전지촉매 - 전도성컴파운드 - Polymer+CNT Masterbatch K-H Chemical 강릉 - 기상합성방식에의한 SWCNT 합성및판매 (~3 kg/yr) - > 95% 의순도 ( 반도체성 SWCNT) - 4 톤 / 년급장치설계중 나노카본 수원 - 기상합성방식에의한 MWCNT 합성및판매 (300 kg/yr) - 내경이크고, 표면특성이뛰어난 MWCNT - 고분산탄소나노튜브 (HollowCNT 50/75/100) - 친수성탄소나노튜브, 고분산나노튜브 - 연료전지등에적용관심 - CNT 파우더, CNT - Composite (Film, Plate) 한화기술연구소레피더스 대전 - 전자파차폐용 / 정전기방지용 CNT 복합소재개발 - MWNT 세메스 기흥 - 고정층및유동층방식에의한 MWCNT 합성장비개발및판매 (~20 kg/day) - 기판성장 CNT 합성장비개발 ( 플라즈마방식 ) - 전계방출소자응용 - 기능성복합재응용 - 장비업체 나노미래대구 - 탄소나노소재및응용제품개발 - 분산성향상 Functional CNT 개발 - 정전기방지용섬유 - 전도성코팅제개발 Cluster Instruments Co., 대구 - CNT 분산용액 - 기능화 CNT - ESD 복합체 나노텍천안 - SWNT, DWNT CVD 합성공정개발 - 고전도성나노복합재 - 전자파차폐및대전방지재 삼성 SDI 기흥 삼성전자수원 - CNT FED 분야의세계기술선도 ( 최근 38 인치 CNT FED 개발 ) - Terabit 급탄소나노튜브메모리소자개발 - CNT FED 개발중 - 차세대디스플레이 (FED, Flexible Display, 3D Display) - 차세대에너지 ( 이차전지, 연료전지, 태양전지 ) - 메모리소자 LG 전자, LG Philips 서울 - CNT FED 개발중최근 20인치급 CNT FED 개발 - 전계방출분야응용 LG 화학서울 - CNT 소재이용한연료전지, 2 차전지개발중 나노퍼시픽의왕 - 전계방출형 CNT 평면광원개발중 아텍시스템인천 - 나노튜브제조장비 - 전기방전설계및제어기술확보 - 리튬이온전지, 리튬폴리머전지, OLED 신물질 - LCD-TV 용 BLU 및일반조명용광원 - TFT-LCD 의 backlight 응용 - 전기방전장치생산

6 KIC News, Volume 10, No. 4, 한 MWNT 를대량생산하고있다. 삼성 SDI 와 LG 전자등대기업체는탄소나노튜브생산보다는생산된 CNT 를디스플레이등에적용하여상품의경쟁력을극대화하고첨단제품의시장을선점하기위한시장개척에역점을두고있다 CNT 종류별생산현황탄소나노튜브의종류에따른생산현황을살펴보면다음과같다 [3] 단일벽탄소나노튜브 (SWNT) 현재전세계생산의절반이상이미국에서이루어지고있으며 ( 약 5 톤 / 년 ), 나머지절반은중국에서생산되고있다. 그러나 2 년내에중국이최대생산국가가되고, 2010 년경에는한국이세계생산량의 50% 이상인연간 100 톤정도로최대생산국가가될전망된다. Business Communications Company 는 2000 년세계생산량을 1~5 kg 으로추산하고있는데, 이는금액으로약 150 만달러에상당하며, 그램당가격이 300~1,500 달러범위이다. Cientifica 는 2005 년의생산량을약 230 kg/ 년, 생산능력 9 톤 / 년으로추정하였다. 세계적으로 SWNT 제조기업은약절반이미국 (46%) 에위치하고있으며, 그다음으로유럽 (13%), 중국 (13%), (13%), 한국 (9%) 순이다. 또한, 전세계의 SWNT 제조가동율은생산능력의 10% 이하로나타나고있다. 아직까지 SWNT 의상업화에는많은장벽이있으며, 판매량도겨우연구개발을위한시험용정도이다. 산업이미성숙한단계에있지만, 제조업자들은향후 5 10 년사이에수요가성장할것으로기대하고있다. 공급업자들은생산능력을 2007 년에 43 톤이상, 2010 년에는 195 톤으로증대할계획이다. Carbon Nanotechnologies Inc. 는유망한 HiPCO 프로세스에기반한파일럿플랜트를건설하고, 현재 10 kg/ 일이상을생산할수있는최대생산능력을갖추고있다. CNI 는 Sumitomo 와판매및유통계약을맺고있으며, Sumitomo 는 CNI 탄소나노튜브의절반을취급하게되며, 이중의 70~80% 는에서소비된다. 중국기업인 Shenzhen Nanotech Port, Chengdu Organic Chemistry 와미국의 Nanostructured & Amorphous Materials 은현재최대생산능력을갖고있는공급업체들로서모두촉매 CVD 공정을채용하고있다. 에서는 Honjo Chemicals 가 Mitsubishi Corp. 를통하여상업화한 SWNT 를이미생산하고있으며, Mitsui 의 BNRI, Tokai Carbon, Toray Industries 등은대량생산기술개발에박차를가하고있으나자세한정보의노출을꺼리고있다. 일부기업들은 2010 년까지 SWNT 의가격을그램당수백원대까지내릴것을목표로하고있으나, 향후수년간은여전히높은상태로머무를전망이다. 만약이목표가달성된다면현재고가격으로인해배제되고있던 SWNT 의상업적응용에주요한브레이크스루 (breakthrough) 가될것이다 다중벽탄소나노튜브 (MWNT) 다중벽탄소나노튜브는공급업자들로부터가장많은주목을받는탄소나노구조체이며, 세계적으로약 40 개사가 MWNT 를생산하고있다. MWNT 제조기업의 39% 가미국에집중되어있으며, 그다음이중국 (18%), (15%), 한국 (13%), 유럽 (10%) 순이다. 세계전체생산능력은 2005 년을기준으로연간 294 톤이상이며, 2007 년 1,640 톤, 2010 년 5,560 톤에이를것으로전망된다 년도생산량은전체생산능력의약 10% 인 29 톤정도이며, 전도성복합재의첨가제가주된용도이다. 탄소나노튜브의상업적생산의선구자인 Hyperion Catalysis 는 20 여년간 MWNT 를생산해오고있다. 중국기업인 Shenzhen Nanotech Port 는 2001 년부터 MWNT 를대량생산하고있다고하며, 가격도 2005 년기준 4,000 유로 / kg 에서 5 년내에 80 유로 /kg 으로대폭내릴계획이다. 신진기업으로서 Mitsui Corp. 이주목되고있는데, Mitsui 는자회사 Bussan Nanotech

7 26 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 Table 5. 탄소나노튜브관련핵심특허 제목특허번호특허일자권리자특허종료특징 Carbon fibrils, method for producing same and compositions containing same US 4,663, Hyperion Catalysis International Inc MWNT 를구조재료에사용하는최초특허 Carbon fibers and method for their production US 5,424, International Business Machines Corporation 아크방전법나노튜브합성에관한초기특허 Nanometer-scale microscopy probes US 6,159, President and Fellows of Harvard College 나노튜브팁이장착된현미경탐침 Process for producing single wall nanotubes using unsupported metal catalysts US 6,221, Hyperion Catalysis International Inc 화학증착법나노튜브합성 Carbon nanotube structures made using catalyst islands US 6,346, The Board of Trustees of the Leland Stanford Junior University 반도체기판상에서나노튜브의성장및전자소자이용관련특허 Gas-phase nucleation and growth of single-wall carbon nanotubes from high pressure CO US 6,761, William Marsh Rice University CNT 의 HiPco 합성에관한리차드스몰리의특허, CNI 에라이센스됨 Research Institute (BNRI, 이전의 CNRI) 를통해 2002 년에에서 1,520 만달러를들여연간 120 톤의 MWNT 를생산할수있는생산설비를구축하였다. BNRI 는그램당 0.23 유로의저가격으로 MWNT 를판매할수있다고보고하였다. 그밖의업체로서는 Rosseter (Cyprus), Carbon Nano-Material Technology Co. ( 한국 ), Chengdu Organic Chemistry ( 중국 ), Sun Nanotech ( 중국 ), Shenyang Gina New Materials Co. ( 중국 ), Tsinghua-Nafine Nano-Powder ( 중국 ), Helix Material Solutions ( 미국 ), Nanolab ( 미국 ), Nanocraft ( 미국 ), Ahwahnee ( 미국 ), Nanostructured & Amorphous Ma- terials ( 미국 ), Arkema ( 유럽 ), n-tec ( 유럽 ), Nanocyl ( 유럽 ) 등이있다 주요특허탄소나노튜브와관련된특허현황을살펴보면, 2000 년이전에는소수의특허만이등록되었으나, 이후에는이분야의특허출원이폭발적으로증가하고있다. 현재까지약 300 개의중요특허가등록되었으며, 대체로에너지나, 보건분야보다는전자및재료분야에출원이집중되고있다. 중요특허출원자인 Carbon Nanotechnologies Inc. (CNI) 는핵심이될수있는특허는이제어느정도끝났다고주장하

8 KIC News, Volume 10, No. 4, Table 6. 탄소나노튜브관련핵심연구자 성명소속특징 Bob Gower CEO, Carbon Nanotechnologies Inc. CNT 제조및응용개발주도 Michael Laine Hongjie Dai Stephane Robert Phaedon Avouris Won-Bong Choi Director of Business Development, Hyperion Catalysis Stanford University CEO, Raymor Industries Manager, Nanoscale science and technology group at the IBM T. J. Watson research Center Director of Center for Nanomaterials and Devices and Professor of Mechanical and Materials Engineering, Florida International University MWNT 응용개발주도 주로화학증착법을통하여표면에서의정렬된탄소나노튜브아키텍춰신합성법연구 CNT 제조를모색하는캐나다재료기업의대표 나노튜브트랜지스터개발연구주도 한국삼성종합기술원 (SAIT) 에서최초로천연색 FED 개발 지만, 동사의특허는전체등록특허의 10% 정도되는것으로파악되고있다. Hyperion 의재료관련원천특허들의권리기간이대부분만료되어가는상황이어서, MWNT 에의해향상된구조재료를제조하려는기업들에게시장진입의기회가제공되고있다 주요인물탄소나노튜브제조에관한원천특허를갖고있는 Hyperion Catalysis 사, 탄소나노튜브소자기술을중점적으로연구개발하고있는 IBM 사, 스몰리의 SWNT 제조기술을중심으로한 Carbon Nanotechnologies Inc. 등미국의주요기업의연구자들과 Stanford 대학의 H. Dai 와삼성종합기술원출신의최원봉 Florida International University 교수등이핵심인물로꼽히고있다 [1] 시장현황및전망 시장현황유럽에는탄소나노튜브의전속시장은아직형성되지않고있으며, 몇몇제조업체만이시 장에등장해있다. 따라서새로운시장진입을노리는기업들에게기회가있을것으로판단된다. 미국시장은주로연구용 SWNT 를생산하는소규모신생기업들에의해지배되고있으며, 소수이지만다소설립이오래된기업들이자체적용또는직접판매를위해 MWNT 나나노파이버를생산하고있다. 여기에서는일반적으로시장진입장벽이비교적낮은데, 이는다양한응용을위한나노튜브의공급이현재상대적으로부족하고신규응용분야에확장의여지가크기때문이다. 에서는기업간연계가매우잘이루어져있어자국내기업들과협력하는것을선호하고있으며, 이러한이유가타국의 CNT 제조기업들이시장을진입하는데장벽으로작용할수있다. 그러나예외적으로, 의유통회사인 Sumitomo 와미국의제조회사인 CNI 는과한국에서의제품개발및유통을포함한공동판매협약을체결하였다. Eikos Inc. 는자사의특허기술 (SWNT 를사용한투명전도성코팅재 ) 을 Takiron ( 종합무역상사인 Itochu Corp. 의계열사 ) 에라이센스하였다.

9 28 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 Table 7. 탄소나노튜브의시장규모 (BCC) 세계시장 한국시장 ( 단위 : 백만달러 ) 연도 탄소나노튜브 단일벽 CNT 다중벽 CNT 이중벽 CNT 탄소나노튜브 단일벽 CNT 다중벽 CNT 이중벽 CNT 중국과한국기업들은 2003 년이후나노튜브시장에적극적으로진입하였으며, 많은전문가들은향후수년내에나노튜브의생산이중국이나한국으로옮아갈것으로예상하고있다. 이는인건비와제조단가및우수한인력때문인것으로판단된다 시장전망 BCC Inc. 는나노튜브의세계시장규모를 2006 년에 2 억 4,280 만달러이며, 2010 년에는 8 억 7,710 달러로증가할것으로예측하였으며, 한국의시장규모를 2006 년에 2,480 만달러로, 2010 년에는 1 억 2,500 만달러로전망하였다 [4]. 의후지케자이는내시장상황에대해 2005 년에는샘플공급을위주로하여 55 톤, 65 억엔규모의시장이형성된것으로산정하였다 년까지는응용분야의조기산업화에의해시장진입이본격화될것으로전망하여, 시장규모가 2010 년에는 100 억엔으로, 2015 년에는 200 억엔으로성장할것으로예측하였다 [5] 년경에는전기이중층캐패시터, 연료전지, 색소증감형태양전지등의에너지소자분야가부각될것이며, 2020 년경에는반도체에탄소나노튜브배선기술을적용한시장이확대될것으로전망하였다. 탄소나노튜브의환상적인물성이실용화나상업적현실에앞서서큰과장과흥분을불러 왔지만, CNT 의산업화속도는예상보다는느리게진행되고있다. MWNT 는이미복합재에널리사용되고있으며, 이분야의응용이당분간주가될것으로보이며, SWNT 와 DWNT 는큰관심과연구개발이진행되고있지만, 응용에대해서는아직불확실성이존재하고있다. 고성능재료에대한수요가시장확대의중요동력이될것으로보이며, 한편자동차및항공우주산업에서저가의고강도, 고성능재료에대한수요도꾸준히증가하고탄소나노튜브복합재료가이를충족시켜줄것이다. 나노튜브로동작하는메모리칩은저전력소비와낮은비휘발성과높은저장밀도를제공하며현재보다 1,000 배이상빠른속도의프로세서를제공할수있을것으로기대된다. 시계, 휴대전화, 컴퓨터및텔레비전에사용되는디스플레이시장의폭발적증가에따라이에적용가능한나노튜브의수요가증가할것으로전망된다. Hyperion 의특허가만료됨에따라다중벽탄소나노튜브제조사가크게늘어날것으로예상되며, 이를바탕으로많은기업들이복합재료시장에뛰어들것이다 상업화를위한과제세계적으로 65 개이상의탄소나노튜브및나노파이버제조기업들이새롭게형성되고있

10 KIC News, Volume 10, No. 4, Table 8. 나노탄소튜브시장예측 ( ) 년 도 2004 년 ( 실적 ) 2005 년 ( 진행 ) 2006 년 ( 추정 ) 2010 년 ( 예측 ) 2015 년 ( 예측 ) 2020 년 ( 예측 ) 수량 ( 톤 ) 성장율 100.0% 78.6% 85.7% % 571.4% 857.1% 금액 ( 백만엔 ) 7,000 6,500 6,000 10,000 20,000 25,000 성장율 100.0% 92.9% 85.7% % 285.7% 357.1% 는탄소나노튜브시장에서성공을거두기위해분투하고있으나, 성공을위해서는많은장애와과제들이있다. 첫번째로지적재산권문제이다. 일단시장이형성되기시작하면탄소나노튜브에대한제조방법및제품응용에대한특허가탄소나노튜브의공급경쟁의결정적인요인이될것으로보인다 년 Hyperion Catalysis Inc. 는 MWNT ( 당시 fibril 이라부름 ) 에대한최초의특허를출원했으며, 그후 7 년이지나지않아 NEC Corp 의 Iijima 박사가이것의독특한구조적특성을발견했다. 오늘날실질적으로탄소나노튜브에관한모든촉매와제조공정의변형들은이미밝혀졌고특허로보호되고있다. 미국에서는재료와방법에대한특허를얻는것은소위 선행기술 때문에실제적으로특허획득이거의불가능한상태이며, 많은특허가선행특허에저촉되고, 자신들의특허주장을포기해야했다. 현재, 나노튜브생산기업들의대부분은 IBM, NEC 등나노튜브 R&D 에대한선도기업들이소유하고있는기본특허들에상당히의존하고있는실정이다. NEC 는 2004 년 3 월에 Sumitomo 에게탄소나노튜브에대한최초의통상실시권 (nonexclusive license, 비독점적실시권 ) 을허락했다. Carbon Nanotechnologies Inc. 는단일벽나노튜브의제조방법과응용에대한가장폭넓은특허 portfolio 를갖고있는데, 100 여개의특허를등록또는출원하였다. 나노튜브가큰이익을창출하게되면, CNI 는자신들의지적재산권을침해하고있는것으로보이는경쟁자들에대 해서법정소송을할준비가되어있다고공언하고있다. 아직은소규모생산이이루어지고있어법정다툼이별로발생하고있지는않는실정이나, 대량생산이이루어지게되면지배적위치에대한법정다툼이시작될것으로예상된다. 두번째로는제조비용에관한문제이다. 나노튜브생산공정의확장가능성은제품을상용화하는데필수적이다. 그러나제조업체의가동률이낮은것은공급자들이수요를충족할만큼충분한양을생산할수없다는것이아니라, 수요가현재매우낮기때문이다. 대부분의현행제조공정들은스케일업될수없기때문에, 이것이필연적으로제조원가를낮추는데걸림돌이되고있다. 세번째로는응용분야의확장이다. 나노튜브는아직까지도실질적인응용분야를찾아내는단계이며, 또여러제품에서기존기술의대체가능성을연구하고있는초기단계이다. 장래에대한전망은낙관적이라고보지만여전히응용제품은아직개발단계에있고, 또대부분이지속적개선이요구되고있다. 네번째는표준화에관한문제이다. 탄소나노튜브사용자들의불만중하나는공급재료의품질과특성이균일하지못하다는것이다. 이는생산업체가원제품과복합재에들어있는나노재료의함량을검증하고특성을연구할수있는분석수단과프로토콜이결여되어있음을의미한다. 그래서제품품질분석을위한표준방법을마련하기위하여몇몇시도가이미이루어지고있다 년초 Zyvex 사는

11 30 공업화학전망, 제 10 권제 4 호, 2007 탄소나노튜브공급자들을위해표준분석시험법을사용하여품질의일관성을검증하는 Supply Chain Certification Program' 의추진을발표했다. 그럼에도불구하고, 기업들은여전히탄소나노튜브시장의성장에저해요인으로표준화의결여를지적하고있다 년 10 월빈에서오스트리아연구진흥회와유럽연합나노산업협회는현상을분석하고시장개발을위한표준화의필요성을규명하기위한워크숍을진행하였다. 현재나노기술의표준화와관련해, ISO( 국제표준화기구 ) 의 TC 229 와 IEC ( 국제전기표준회의 ) 의 TC 113 에서나노기술의기초적표준화 ( 용어, 측정및특성연구, 안정성등 ) 와제품표준화를위한논의가 2005 년말부터본격시작되어나노기술에대한국제표준화작업이진행되고있다. 우리나라에서도기술표준원을중심으로관련표준제정을진행하고있다. 다섯번째는안전성에관한문제이다. 최근언론에서가장많은관심을불러일으킨이슈중의하나가나노튜브를포함한나노재료를환경중에방출했을때인체에미치는영향에대한우려이다. 유럽이나미국은이들문제의연구를위해공공자금을투입하고있으며, 이들연구결과는이신소재의가공, 취급, 규제에상당한영향을줄것으로보인다. 한편, 나노튜브제조업자는개인보호장비, 환경중의입자측정, 환경방출의통제등의예비적인조치들을취해야하며, 유사한주의가소비자들에게도필요할것으로보인다. 차전지, 단전자트랜지스터, 메모리소자, 원자힘현미경탐침팁, 센서, 전도성투명전극등폭넓은분야에서상품화가이루어지고응용연구가진행되고있다. 선진국의시장예측기관의보고서는향후한국이탄소나노튜브시장에서세계선두권을차지할것으로전망하고있다. BCC Inc. 는나노튜브의세계시장규모를 2006 년에 2 억 4,280 만달러이며, 2010 년에는 8 억 7,710 달러로증가할것으로예측하였으며, 한국의시장규모를 2006 년에 2,480 만달러로, 2010 년에는 1 억 2,500 만달러로전망하였다. 우리나라에서도삼성과 LG 등대기업은물론일진나노텍, ( 주 )CNT 등중소벤처기업들의개발열기가고조되어있으며, 이를바탕으로고강도신소재, IT 분야의소자부품, 섬유의류등일상용품, 디스플레이와휴대폰등가전제품등넓은분야에서상품화가빠른속도로진척되고있다. 탄소나노튜브의상업화를위해서는지적재산권, 제조단가에관한문제, 응용분야의확대, 표준화, 안전및유해성에대해주도면밀한사전검토도필요하다. 탄소나노튜브에대한연구개발과시장영역은우리나라의기술수준이세계의선두권에있는첨단산업분야로서, 지금까지의연구개발성과와함께조속한산업화를위한노력이뒷받침된다면세계시장에서도우위를점유하여국가경쟁력제고에기여할수있을것으로판단된다. 3. 결론 1991 년의이이지마에의해발견된탄소나노튜브는강철보다 100 배이상의강도와뛰어난유연성, 구조에따라변하는전기적특성등독특한특성들때문에 21 세기꿈의신소재로불리고있다. 전계방출디스플레이, 고분자복합재료, 수소저장및연료전지분야, 2 참고문헌 1. The Nanotech Report 4th edition, Lux Research Inc. (2006). 2. 탄소나노튜브의저온성장, 전자부품연구원, 한국기술거래소. 3. Nanotube for the Composite Market, Cientifica (2005).

2006 나노테크놀로지관련시장의현상과장래전망, ( 주 ) 후지경제 (2006). 6. 특허분쟁대비특허기술동향보고서 - 탄소나노튜브제조및응용기술, 특허청, 한국발명진흥회 (2005). 7.

탄소나노튜브소자기술, 소대섭, 이일형, 배국진, 박완준, 한국과학기술정보연구원 (2006). 10. 나노기술의환경ㆍ보건ㆍ안전성영향에관한연구동향분석, 최붕기, 김경호, 소대섭, 유일재, 한국과학기술정보연구원 (2006).

탄소나노튜브, 소대섭, 김기일, 김석진, 한종훈, 한국과학기술정보연구원 (2002).

12 KIC News, Volume 10, No. 4, Nanomaterials-Markets, Applications & Opportunities: Analysis and Forecasts, Dedalus Consulting Inc. (2006) 나노테크놀로지관련시장의현상과장래전망, ( 주 ) 후지경제 (2006). 6. 특허분쟁대비특허기술동향보고서 - 탄소나노튜브제조및응용기술, 특허청, 한국발명진흥회 (2005). 7. 나노테크놀로지관련시장의현황과장래전망, 후지케자이 (2006). 8. 나노소재를이용한전자소자, 박정원, 한국과학기술정보연구원 (2007). 9. 탄소나노튜브소자기술, 소대섭, 이일형, 배국진, 박완준, 한국과학기술정보연구원 (2006). 10. 나노기술의환경ㆍ보건ㆍ안전성영향에관한연구동향분석, 최붕기, 김경호, 소대섭, 유일재, 한국과학기술정보연구원 (2006). 11. 탄소나노튜브분산기술, 소대섭, 서주환, 한종훈, 한국과학기술정보연구원 (2005). 12. 나노복합재, 소대섭, 김경호, 이일형, 반용병, 한국과학기술정보연구원 (2002). 13. 탄소나노튜브, 소대섭, 김기일, 김석진, 한종훈, 한국과학기술정보연구원 (2002). % 저자소개 소대섭 1986 한양대학교화학공학과학사 1989 한양대학교대학원공업화학과석사현재한양대학교대학원나노공학과박사수료 1989~ 현재한국과학기술정보연구원책임연구원 이호신 1991 성균관대학교금속공학과학사 1996 성균관대학교금속공학과석사 2006 성균관대학교신소재공학과박사 1996~ 현재한국과학기술정보연구원선임연구원 김경호 1979 서울대학교화학공학과학사 1981 한국과학기술원 KAIST 화학공학과석사 1981~1984 한국화학연구소연구원 1997 서울시립대환경공학과 박사수료 1984~ 현재 한국과학기술정보연구원 책임연구원 서주환 2000 부산대학교분자생물학과학사 2002 부산대학교분자생물학과석사 2002~ 현재한국과학기술정보연구원연구원

탄소연속섬유복합체 제조기술 본분석물은교육과학기술부과학기술진흥기금을지원받아작성되었습니다.

탄소연속섬유복합체 제조기술 본분석물은교육과학기술부과학기술진흥기금을지원받아작성되었습니다. 머리말 제 1 장서론 1 제 2 장기술의개요 5 제 3 장기술동향분석 42 - i - 제 4 장탄소복합섬유시장전망 88 - ii - 제 5 장결론 107 참고문헌 111 표목차 - iii - 그림목차 - iv - - v - 1 서론 2 출처 : 한국섬유산업연합회, 최신섬유기술동향,