화학 기능 재료 이해
기능성 소재는 신소재 분야의 핵심이며, 첨단 기술 발전에 중요한 추진과 지지 역할을 한다. 전 세계 신소재 연구 분야에서는 기능성 자료가 약 85% 를 차지한다. 정보사회가 도래함에 따라 특수 기능 재료는 첨단 기술 발전을 촉진하고 지원하는 데 중요한 역할을 한다. 이들은 2 1 세기 정보, 생물, 에너지, 환경 보호, 공간 등 첨단 기술 분야의 핵심 재료로 세계 각국의 신소재 분야의 연구 개발 중점이자 세계 각국의 하이테크 발전 전략 경쟁의 초점이다.
기능성 재료의 중요한 지위를 감안하여 세계 각국은 기능성 재료 기술의 연구를 매우 중시한다. 65438 년부터 0989 년까지 미국 과학자 200 여 명이' 90 년대 재료과학 및 재료공학' 보고서를 작성하여 정부가 지원하는 6 가지 재료 중 5 가지가 기능자재에 속한다고 밝혔다. 1995 부터 200 1 까지 특수 기능 재료 및 제품 기술은 미국 국가 핵심 기술 2 년 보고서에서 큰 비중을 차지하고 있습니다. 200 1 년, 일본 문부 과학기술정책연구소가 발표한 제 7 차 기술예측연구보고서는 100 이 미래에 영향을 미치는 중요한 과제 중 절반 이상이 신소재이거나 신소재 개발에 의존하는 과제이며, 대부분 기능재료다. 유럽연합 제 6 프레임워크 프로그램과 한국국가계획은 모두 기능재료기술을 각자의 최신 기술발전계획에서 중점적으로 지원하는 기술 중 하나로 꼽았다. 각국은 국가 경제 발전, 국가 안보 유지, 국민 건강 증진, 국민 생활의 질 향상에 기능성 물질의 두드러진 역할을 매우 중시한다.
외국의 새로운 기능성 재료 개발 현황
현재, 국제 기능성 재료 및 그 응용 기술은 초전도 재료, 마이크로 전자 재료, 광자 재료, 정보 재료, 에너지 변환 및 에너지 저장 재료, 생태 환경 재료, 생물 의학 재료 및 재료의 분자 및 원자 설계와 같은 새로운 돌파구에 직면 해 있습니다. 기능성 재료 기술을 발전시키는 것은 일부 선진국들이 경제와 군사적 우세를 강화하는 중요한 수단이 되고 있다.
NbTi, Nb3Sn 등과 같은 초전도 재료의 실용적인 초전도 재료는 이미 상업화되어 MRI (MRI), 초전도 자석, 대형 가속기 자석 등 여러 분야에 적용되었다. SQUID 는 초전도 약한 전류 응용의 전형으로 약한 전자기 신호 측정에 중요한 역할을 하며, 그 감도는 다른 어떤 비전도 따라잡을 수 없는 것이다. 그러나 기존의 저온 초전도체의 임계 온도가 너무 낮기 때문에 비싸고 복잡한 액체 헬륨 (4.2K) 시스템에서 사용해야 하며 저온 초전도 응용 프로그램의 발전을 심각하게 제한해야 한다.
고온산화물 초전도체의 출현으로 온도 장벽을 돌파하고 초전도체의 적용 온도를 액체 헬륨 (4.2K) 에서 액체 질소 (77K) 로 높였다. 액체 헬륨에 비해 액체 질소는 매우 경제적인 냉방제로, 매우 높은 열용량을 가지고 있어 공사 응용에 큰 편리를 가져왔다. 또한 고온 초전도체에는 상당히 높은 임계 필드 [Hc2 (4K) >: 50T] 가 있어 20T 이상의 강한 자기장을 생성하는 데 사용할 수 있어 기존의 저온 초전도 재료의 단점을 극복할 수 있다. Tc 와 Hc2 의 고유 특성으로 인한 엄청난 경제적, 기술적 잠재력으로 인해 수많은 과학 종사자들이 최첨단 기술 장비를 도입하여 높은 Tc 재료의 초전도 메커니즘, 물리적 특성, 화학적 특성, 합성 공정 및 미시 구조에 대한 광범위하고 심층적인 연구를 수행했습니다. 고온산화물 초전도체는 매우 복잡한 다분체 체계로, 연구 과정에서 응축 물리, 결정체화학, 공예 기술, 마이크로구조 분석 등 여러 분야에서 중요한 문제가 발생할 수 있다. 비정질 기술, 나노 분말 기술, 자기 광학 기술, 터널 현미경, 필드 이온 현미경과 같은 재료 과학 연구 분야의 최신 기술과 수단은 고온 초전도체를 연구하는 데 사용되며, 그 중 상당수는 재료 과학의 최전선 문제를 다루고 있습니다. 고온 초전도 재료의 연구는 단결정, 박막, 블록 재료, 와이어, 응용 등에서 중요한 진전을 이루었다.
바이오의학 재료는 첨단 기술의 중요한 구성 요소로서 급속한 발전의 새로운 단계에 접어들었으며, 그 시장 매출은 매년 16% 씩 증가하고 있다. 20 년 안에 생의학 재료의 점유율이 의약시장을 따라잡아 지주산업이 될 것으로 예상된다. 생체 활성 세라믹은 이미 의료용 바이오 도자기의 주요 방향이 되었다. 생분해 고분자 재료는 의료용 고분자 재료의 중요한 방향이다. 의료용 복합생물재료의 연구는 강인화 생물소재와 기능성 생물물질에 초점을 맞추고 있으며 치료 기능이 있는 HA 생물재료에 대한 연구도 활발하다.
에너지 재료 태양전지 재료는 새로운 에너지 재료 개발의 핫스팟이다. IBM 이 개발한 다층 복합 태양전지 전환율은 최대 40% 에 달한다. 미국 에너지부는 수소에너지 연구에 쓰이는 총자금 중 약 50% 가 수소저장 기술에 쓰인다. 고체 산화물 연료 전지에 대한 연구는 고체 전해질막과 음극 재료, 양성자 교환막 연료 전지용 유기질 교환막 등 배터리 재료에 초점을 맞추고 있다. 이것들은 현재 연구 핫스팟입니다.
생태 환경 재료 생태 환경 재료는 1990 년대 국제 하이테크 신소재 연구에서 형성된 새로운 영역이다. 그들의 연구개발은 일본 미국 독일 등 선진국에서 매우 활발하다. 주요 연구 방향은 다음과 같습니다: ① 생분해 성 재료 기술, CO 2 가스 경화 기술, SOx 및 질소 및 산소 화합물 촉매 전환 기술, 폐기물 재활용 기술, 환경 오염 수리 기술 및 재료 준비 및 가공에서의 청소와 같은 환경 문제와 직접 관련된 재료 기술. (2) 바이오닉 재료, 친환경 재료, 프레온, 석면 등 유해 물질의 대체 재료, 친환경 신소재 등 경제를 지속 가능하게 하는 환경 호환 재료 개발 ③ 재료 환경 조정 평가.
스마트 소재 스마트 소재는 천연소재, 합성고분자 소재, 인공디자인 소재에 이어 4 세대 소재로 현대 하이테크 신소재 발전의 중요한 방향 중 하나로 미래의 첨단 기술 발전을 지탱할 것입니다. 전통적인 의미의 기능성 소재와 구조 재료의 경계가 점차 사라지고 구조기능화와 기능다양화를 실현하다. 과학자들은 스마트 소재의 발전과 대규모 응용이 재료 과학 발전의 중대한 혁명을 일으킬 것이라고 예언했다. 외국은 항공기 스킨의 응변과 온도를 테스트하기 위해 영국 항공우주회사의 와이어 센서와 같은 스마트 소재 개발에 많은 기술적 돌파구를 마련했습니다. 영국은 빠르게 반응하는 모양 기억 합금을 개발했는데, 수명이 백만 회에 달하고 수출력이 높다. 브레이크로 사용할 때 반응 시간은 10 분입니다. 압전 재료, 자기 변형 재료, 전도성 고분자 재료, 전기 변액, 자기 유변 유체 등 스마트 물질이 항공 분야에 응용되어 많은 혁신적인 성과를 거두었다.
중국의 기능성 재료 개발 현황 및 격차
우리나라는 기능재료의 발전을 매우 중시하며, 기능재료는 국가 중점 프로젝트,' 863',' 973' 및 국가자연과학기금에서 큰 비중을 차지하고 있다. 95' 와' 15' 프로그램에서 특수기능재료도' 국방첨단' 재료로 등재됐다. 이러한 과학 기술 행동의 실시로 우리나라는 기능 재료 분야에서 풍성한 성과를 거두었다. "863" 프로그램의 지원으로 초전도 재료, 평면 디스플레이 재료, 희토류 기능성 재료, 생물 의학 재료, 수소 저장 및 기타 기능성 재료, 다이아몬드 필름, 고성능 고체 추진제 재료, 적외선 스텔스 재료, 재료 설계 및 성능 예측과 같은 새로운 분야가 열렸습니다. 니켈 수소 배터리와 리튬 이온 배터리의 주요 성능 지표와 생산 기술은 외국의 선진 수준에 도달하여 니켈 수소 배터리의 산업화를 촉진시켰다. 기능성 세라믹 재료의 연구와 개발은 현저한 진전을 이루었다. 칩 전자 부품의 경우, 우리나라는 고성능 도자기 재료 연구 방면에서 돌파를 하여 저열 도자기 재료와 천금속 전극에서 자신의 특색을 형성하고 산업화를 실현하여 칩 콘덴서 재료와 그 부품을 세계 선진 대열에 진입시켰다. 고급 Ndfeb 제품 개발 및 산업화에 상당한 진전이 있었으며 일부 구성 요소 및 관련 기술은 독립적 인 지적 재산권을 획득했습니다. 기능성 소재는 또' 2 탄 1 성',' 4 대 장비, 4 위성' 등 국방공사에 결정적인 기여를 했다.
현재, 국제적으로 기능자재에 대한 연구는 매우 활발하고 기회와 도전으로 가득 차 있으며, 신기술과 특허가 끊임없이 등장하고 있다. 선진국은 지적 재산권을 통해 특수 기능 재료 분야에서 기술 독점을 형성하여 중국의 광활한 시장을 점령하려고 시도했다. 이 상황은 국내에서 큰 관심을 불러일으켰다. 최근 몇 년 동안 우리나라는 신형 희토영구, 생물의약, 생태환경재료, 촉매재료 및 기술 분야에서 특허 보호를 강화했다. 그러나, 우리는 현재 우리나라의 기능자재에 대한 혁신적인 연구가 충분하지 않다는 것을 알아야 한다. 특허 출원 수, 특히 국제 오리지널 특허의 수는 우리나라의 지위와 매우 어울리지 않는다. 우리나라의 기능 재료도 시스템 통합 방면에 결함이 있어 개선과 발전이 필요하다.
향후 5 ~ 10 년 동안 중국의 경제, 사회, 국가 안보는 기능 재료에 대한 엄청난 수요를 가지고 있으며, 기능 재료는 중국이 3 단계 전략 목표를 성공적으로 달성할 수 있을지에 관한 핵심 신소재이다.
발전 중점
고온 초전도 재료의 제조 및 응용 기술
희토류 기능성 재료
새로운 에너지 변환 재료 및 기술 (에너지 재료)
생의학 재료
녹색 올림픽 엔지니어링 재료 및 기술
분리막 재료 및 기술 (해수, 염소 알칼리 막)
인쇄 (제판, 감광) 및 디스플레이 (유기 발광 다이오드) 재료
전통 산업 기술의 첨단 기술 혁신
핵심 기술 선택
에너지 재료
① 고체 산화물 연료 전지:
고체 산화물 연료 전지 (SOFC) 는 양성자 교환막 연료 전지보다 높은 전환 효율과 에너지 절약 효과를 지닌 새로운 친환경 에너지 장치로 이산화탄소 배출을 50% 줄이고 질소산소화합물을 생산하지 않아 선진국의 중점 발전을 위한 새로운 에너지 기술이 되었다. 그러나 현재 연구 중인 고체산화물 연료 전지의 작동 온도는 800 ~ 900 C 에 달하며, 그 핵심 부품의 재료제비는 줄곧 고체산화물 연료 전지의 발전을 제한하는 병목 현상이 되고 있다. 돌파해야 할 핵심 기술은 A) 고성능 전극 재료 및 준비 기술입니다. B) 새로운 전해질 재료 및 전극지지 전해질 막의 제조 기술; C) 배터리 구조 및 제조 공정의 최적 설계; D) 배터리의 구조, 성능 및 특성을 연구합니다.
2 광전 변환 효율이 18% 보다 큰 실리콘 기반 태양 전지의 상업화
저비용, 대면적, 상업화된 실리콘 기반 태양전지와 그 구성 요소를 개발하여 광전변환 효율이 18% 보다 높다.
③ 태양 에너지 종합 이용 (광전, 열전기, 열 전달) 및 풍력 발전과의 결합 기술 전체 이용 효율이 15% 인 백엔드 집중 태양광 광전지, 열전기, 열교환시스템을 구축하고 구현하여 태양열 종합이용과 풍력의 결합을 위한 실용적인 분산 지상발전소를 구축하여 계통 연계 전력을 공급할 수 있습니다.
희토재료
① 희토류 촉매 물질
② 희토류 영구 자석 재료
고성능 (N50), 높은 균일 성, 높은 작동 온도, 낮은 온도 계수를 갖는 소결 희토류 영구 자석 재료 및 고성능 결합 희토류 영구 자석 재료 (자기 에너지 축적 20MGOe) 의 산업화 핵심 기술을 돌파합니다.
③ 백색 LED 에너지 절약 조명 시스템, 높은 밝기, 긴 수명.
저비용, 고휘도, 수명이 긴 백광 LED 에너지 절약 조명 시스템이 산업화되어 일반인의 집에 들어갔다.
생의학 재료
① 바이오칩
2 생체 적합성, 분해성 또는 재생 가능한 인체 소프트 조직 대체 재료
③ 분자 인식과 이성 면역 기능을 갖춘 혈액 정화 재료와 장치.
생태 환경 재료
① 유기막 분리 기술: 해수 (또는 염기수) 중 탈염 효율이 50% 인 유기막의 응용 및 산업화.
② 모래 고정 식물 재료 및 기술;
③ 에너지 절약 및 환경 보호 건축 자재 및 핵심 기술:
닛산 2000 톤을 돌파한 유동화 시멘트 연소 기술은 단위 에너지 소비와 분진 배출이 현재의 신형 건법보다 낮다. 순수 산소 연소로 플로트 건축 유리를 생산하는 산업화를 실현하다.
특수 기능 재료
① 무기분리촉매막: 무기분리촉매막 (투산소막, 분자막, 수소막) 의 핵심 제비 기술을 돌파해 천연가스 촉매를 합성가스와 액체연료, 천연가스를 에틸렌, 바이오매스 원료로 직접 전환시켜 에탄올, 가스수소 등을 시범생산장치로 만든다.
② 대형 광학 다이아몬드 필름;
③ 유기 자성 재료: 본징 유기 자성 물질을 돌파하는 핵심 기술.
④ 민감한 재료 및 센서.