바이오인

출처 : 특허청

나노분말, 작다고 우습게 보지 마라!

- 나노분말 특허출원 급증 -

□ 나노분말소재는 나노소재 중 연구개발(R&D)이 가장 활발한 분야로서 21세기의 신산업을 창출할 수 있는 핵심 기술분야의 하나임

□ 지난달에 개최되었던 차세대 성장산업 국제회의에서 미래 성장동력산업의 하나로 나노기술 지목

□ 나노분말소재를 많이 연구하는 이유는 다양한 합성법에 의해 용이하게 제조 할 수 있으며, 응용하기도 쉽기 때문임

□ 특허청에 출원된 나노분말 특허출원동향을 살펴보면, 2000년 3건, 2001년 24건, 2002년 30건으로 급격히 증가하는 추세이며, 이러한 증가세는 지속되리라 전망됨

□ 이중 내국인에 의한 출원이 전체의 86%이며, 한국기계연구원 5건, 한국과학기술원 4건, 한국화학연구원 4건 순으로 출원되었음

- 출원분야별로는, 제조방법에 관한 출원이 56%이며, 나노복합체 및 코팅 관련 출원이 25%임

□ 나노분말소재의 세계시장규모는 2000년에 4억9천3백만 달러였고, 이후 연평균 13% 정도 성장하고 있으며, 2005년에는 9억 달러에 이를 것으로 전망됨

[붙임] 상세 설명자료

1. 나노분말의 개요

□ 나노분말이란 나노입자 직경(최대 외경)의 크기가 100 나노미터(1nm = 10억분의 1m) 이하인 미세한 분말을 말한다.

□ 나노분말이 중요한 이유는 나노분말이 여러 가지 활용분야에서 미크론(micron) 혹은 서브미크론(submicron) 분말이 갖지 못하는 특성을 갖기 때문이며, 또한 분말 그 자체의 이용 외에 다른 형태로 가공되어 사용될 수 있는 많은 가능성을 지니고 있기 때문이다.

□ 나노분말의 기술분야는 크게 분말합성 기술, 분말평가 기술, 분말응용 기술로 나누어 볼 수 있고, 기술분야별 핵심기술 및 핵심기술의 구현에 필요한 기반기술은 콜로이드 화학, 표면화학 등이다【표1 참조】.

□ 나노분말소재는 종류가 다양한 만큼 응용범위도 대단히 넓은데 분말을 이용하는 형태에 따라 (a)분말 자체로 활용되는 경우, (b)금속, 세라믹, 고분자 기지(matrix)에 분산시켜 사용하는 경우, (c)소재표면에 코팅하여 사용하는 경우, (d)벌크 형태로 사용하는 경우로 나누어 볼 수 있다【표2 참조】.

□  BCC(Business Communications Co.) 자료에 의하면 나노분말의 세계시장규모는 2000년에는 492.5백만 달러에 달했고 연평균 12.8%로 성장하여 2005년에는 900백만 달러에 이를 것으로 전망하고 있으며, 나노분말 응용관련 세계시장은 최근 빠른 기술진전으로 그 정확한 규모를 파악하기 어려울 정도로 막대하리라 예상하고 있다.

- 나노분말 재료별로는 2000년 세계시장의 86%를 실리카, 알루미나, 티타니아 및 금속성 나노분말이 차지하였으며 세리아, 산화아연, 산화철과 같은 단일 산화물이 나머지 14%를 차지하였고, 2005년에는 실리카, 알루미나, 티타니아 및 금속성 나노분말의 시장지배력이 다소 감소되는 대신 세리아, 지르코니아 및 다성분계 산화물의 중요성이 점점 증대될 것이라 판단되며,

- 나노분말 응용분야별로는 전자, 자기 및 광전자 응용이 2005년까지 예상 시장 점유율 74.2%(2000년 67.6%)로 계속 가장 큰 수요를 발생할 것으로 전망되고 그 다음이 의학, 약학 및 화장품 응용 16.1%(2000년 19.7%), 에너지, 촉매 및 구조체 응용 9.8%(2000년 12.7%)의 순이 되리라 전망된다.

2. 나노분말의 기술동향

가. 나노분말 합성기술

□ 나노분말의 합성법은 크게 물리적 합성법과 화학적 합성법으로 대별할 수 있으며,

- 물리적 합성법에는 기계적으로 덩어리를 분쇄하여 나노미터크기까지 작게하는 방법, 열 혹은 전자빔 등 높은 에너지를 가하여 대상물질을 녹인 후 증발시켜 나노분말을 얻는 방법 등이 있고,

- 화학적 합성법은 화학반응에 수반되는 에너지를 활용할 수 있으므로 적은 에너지 투입으로 합성이 가능하며 합성 반응속도가 빠르고 균일한 반응 제어가 가능하다는 장점이 있고, 화학반응을 일으킬 수 있는 환경에 따라 고상반응, 액상반응, 기상반응으로 대별할 수 있다.

나. 나노분말 평가기술

□  나노분말 평가기술에는 투과전자현미경 또는 주사전자현미경을 사용하여 나노분말 입자를 직접 관찰하거나 나노분말의 X-선 회절측정을 통해 나노분말의 평균직경을 계산하는 형상분석기술, 복합성분을 갖는 나노분말의 경우 필수적인 나노분말 입자 성분 및 표편 성분 분석기술, 나노분말이 나타내는 특성들을 정확히 밝히기 위한 상(相) 및 결함 분석기술 등이 있다.

다. 나노분말의 응용기술

□ 분산기술은 나노분말을 다양하게 활용하고자 할 경우 가장 기반이 되는 중요한 기술로서 나노분말을 분산시키는 가장 대표적 형태의 매체는 액상이며 그 다음이 고분자, 금속, 세라믹 기재 등에 분산시킬 수 있으며, 나노분말 분산에서 중요한 점은 분사체 중의 고상분율을 높이는 데 있다.

□  코팅기술은 순수성분의 나노분말을 코팅하는 경우와 복합성분의 나노분말을 코팅하는 경우로 나눌 수 있고, 자외선 차단 코팅, 정전기 방지 코팅, 긁힘 방지 코팅, 전자파 차폐 코팅 등 다양한 분야에 활용되고 있다.

□  나노분말은 비표면적이 대단히 커서 금형내 충진성이 대단히 나쁘므로 일정한 형상을 갖도록 분말을 직접 높은 밀도로 성형(건식성형)하는 것이 대단히 어려운데, 이를 극복하기 위한 성형기술로 충진성이 나쁜 나노분말 입자 여러 개가 조밀하게 뭉쳐지게 하여 둥근 과립으로 만드는 방법(과립법), 나노분말 분산체(slurry)의 유동성을 이용하는 방법 등이 있다.

3. 나노분말의 특허출원동향

가. 나노분말 관련 년도별 전체 특허출원 동향 (한국, 미국, 일본, 유럽)

□  1991년 이후 한국, 미국, 일본, 유럽에 약 1,000여건의 나노분말소재 관련 특허가 출원되었

고, 1995년 90건을 기점으로, 1998년에 119건, 1999년 150건, 2000년 185건, 2001년 180건으로 1995년 이후 특허출원이 급격히 증가하고 있다는 사실을 알 수 있다【그림1 참조】.

- 나노분말 관련 특허의 최다 출원인 분포를 살펴보면, NanoSystems(미국)가 49건으로 최다 출원인에 랭크되어 있으며, 뒤를 이어 MIT(미국), Hitach Metals(일본), Eastman Kodak(미국), Henkel사(독일), Univ. of California(미국), HydroQuebec(캐나다), Helmut Schmidt(독일), 미해군성(미국) 등의 순으로 특허를 출원하고 있다.

- 나노분말 관련 최다 특허 출원인 세계 9위 내에 미국이 5개사, 독일 2개사, 일본 1개사, 캐나다 1개사로 이 분야에 있어 미국의 특허가 압도적인 우위를 지키고 있음을 알 수 있다.

? 나노분말의 국제특허분류(IPC)별 출원 건수를 살펴보면, 전반적으로 의약용, 화장용 제재 분야인 A61K 분류, 물리학 분야인 G01N, 전기소자 분야인 H01L 분류가 다수 건수를 차지하여 이들 분야를 중심으로 나노분말의 제조 및 이용 기술이 활발히 개발되고 있음을 알 수 있다

【그림3 참조】.

나. 각국의 나노분말 관련 특허출원동향

□  한 국

- 나노분말 관련 특허출원은 1991년부터 1999년까지 매년 한 두건에 불과하였으나, 2000년 3건, 2001년 24건, 2002년에는 30건으로 최근 들어 급증하는 출원경향을 보이고 있는데, 이는 2001년 발표된 국가차원의 나노기술개발전략에 힘입어 기술개발 및 이의 권리화에 힘쓰고 있기 때문인 것으로 판단된다【그림2 참조】.

- 나노분말 관련 국내 최다 출원인은 한국기계연구원으로 5건을 출원하고 있으며, 그 다음으로 한국과 학기술원과 한국화학연구원이 각각 4건을 출원하고 있다【그림4 참조】.

- 나노분말 관련 출원의 분야별 경향을 살펴보면, 제조방법에 관한 출원이 전체출원의 56%인 대다수를 차지하며, 그 응용분야로 나노복합체 및 코팅 관련 분야에 대한 출원이 전체 출원의

25%를 차지한다【그림5 참조】.

- 전반적으로 나노분말과 관련한 특허 활동은 선진국에 비해 매우 저조한 상태이며, 이 분야의 기술 경쟁력도 아직 미약한 것으로 판단된다.

□  미 국

- 나노분말 관련 특허출원은 1995년 50건을 정점으로 1996년 28건으로 감소했다가 1997년 40건, 1998년 45건으로 증가하다가 2000년 35건, 2001년 22건으로 다시 감소 추세를 보이고 있는데, 이는 2000년 이후 미국 내 IT 산업의 경기가 나노분말 소재분야에도 영향을 미치고 있는 것으로 판단된다【그림2 참조】.

- 분야별로는 의약, 화장품, 바이오 분야인 A61 분류가 가장 많은 출원 건수를 보이고 있는데, 이는 미국이 바이오 관련 분야의 기술력이 상대적으로 강하고 이 분야의 나노분말 관련 연구도 활발하기 때문인 것으로 보인다.

□ 일 본

- 일본의 나노분말 관련 특허는 1992년 3건을 출원한 것으로부터 시작하여 이후 다소 굴곡을 보이다가 1997년 7건, 1998년 13건, 1999년 12건, 2000년 17건, 2001년에는 20건으로 서서히 증가 추세에 있는데, 이는 일본이 향후 국가 기술경쟁력 확보의 일환으로 나노기술 연구개발에 주력하고 있음을 반영한 것으로 보인다【그림2 참조】.

- 분야별로는 전기소자분야인 H01 분류가 가장 많은 출원건수를 차지하고 있는데, 이는 일본이 전기소자 관련 분야의 기술력이 상대적으로 강하고 이 분야의 나노분말 관련 연구도 활발하기 때문인 것으로 판단된다.

□ 유 럽

- 유럽의 나노분말 관련 특허는 1991년 1건에서 시작하여 1996년 70건을 정점으로 1997년 29건으로 감소했다가 1998년 61건, 1999년 93건, 2000년 130건으로 큰 폭으로 계속 증가하다 2001년에는 114건으로 다소 감소한 추이를 보이고 있는데, 이는 유럽에서 독일, 프랑스 등을 중심으로 한 국가들이 나노분말 소재 분야의 기술개발에 전력을 다 하고 있는 것으로 보이며, 미국의 경우처럼 바이오 관련 분야의 기술 경쟁력이 강하기 때문에 A61 분류가 가장 많은 출원 건수를 보이고 있는 것으로 보인다【그림2 참조】.

4. 향후 전망

□ 나노분말소재는 나노소재 중 연구개발이 가장 활발한 분야이다.

□ 나노분말소재의 경우 상업화도 많이 진전되어 미국의 경우 Nano-phase Technologies Corporation, Nanotechnologies 등의 벤처기업들이 성장하고 있으며, 국내에서도 석경AT, 나노신소재(ANP) 등 다수의 벤처기업들이 설립되어 있지만, 몇몇 회사를 제외하고는 아직까지 상품화에 성공하지 못한 상태에 있으며, 전체적으로는 시장진입단계에 있다고 보아야 할 것이다.

□ 나노분말이 많은 가능성에도 불구하고 아직까지 크게 성공하지 못하고 있는 이유는 아직 경제적인 생산기술이 부족하고 나노분말을 활용하는데 필요한 활용기술(공정기술)의 개발이 미숙한 점을 들 수 있는데, 이러한 걸림돌은 최근 국가차원의 나노기술에 대한 적극적인 투자로 인해 가까운 장래에 극복될 것이라고 본다.

□  나노분말소재의 개발은 나노분말에서 끝나지 않고 후속되는 나노소재 공정개발에 직접적으로 영향을 미치는 기초소재로서의 성격이 강하기 때문에 그 연구개발이 매우 중요한 분야이므로 나노기술이 그렇듯이 학제간 융합연구의 특성을 충족시킬 수 있는 협력연구체제의 구축을 통해 보다 적극적인 기술개발에 앞장서야 한다.

□ 최근 국내 나노분말 관련 특허출원동향에서 볼 수 있듯이, 비록 선진국과 비교했을 때 그 양적·질적인 면에서 뒤떨어지는 것은 사실이나, 최근 출원건수가 크게 증가하고 있다는 점은 매우 고무적인 현상이며 앞으로 보다 더 적극적인 연구개발과 이의 권리화를 통해 금싸라기 같은 나노분말 세계시장에서 우위를 점할 수 있도록 해야겠다.

[별 첨]

【그림 1】나노분말 관련 년도별 전체 특허출원 동향 (한국, 미국, 일본, 유럽)

【그림 2】나노분말 관련 각국의 년도별 특허출원 동향

【그림 3】IPC별 나노분말 관련 특허출원 동향 (한국, 미국, 일본, 유럽) 

【그림 4】국내 나노분말 관련 특허 출원인 동향 

【그림 5】국내 나노분말 관련 특허출원의 분야별 출원 동향

【표 1】나노분말 기술의 주요분야

【표 2】나노분말 활용의 형태, 분야, 소재

(www.kipo.go.kr)