21세기형 미래소재, 탄소나노튜브

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2006-01-04 10:30

대전--(뉴스와이어)--기존의 범용소재들 보다 우수한 물성과 다양한 응용 가능성으로 인하여 탄소나노튜브는 차세대 전자정보산업분야, 대체에너지분야 및 복합소재분야 등에서 폭넓게 이용될 것으로 예측되고 있다.

이에 미국을 위시하여 일본, 독일, 프랑스, 영국 등에서 21세기 첨단 전자정보산업 분야의 경쟁력 확보, 석유 대체에너지 자원의 개발 및 고기능성 복합소재의 경쟁력 확보차원에서 국가적인 지원 아래 탄소나노튜브의 합성 및 응용에 대한 연구가 추진되고 있다. 특히 전자 에미터를 이용한 디스플레이 응용, 2차 전지 및 연료전지, 나노 Device 시스템, Mechatronics 분야, 고기능 복합체 등에 관한 응용 연구는 앞으로 더욱 활발하게 진행 될 예정이다.

탄소나노튜브의 주요 연구과제는 탄소나노튜브의 제조분야에서는 구조의 결함이 작고, 저렴한 생산방법의 개발이며, 응용분야에서는 전자 Device 응용을 위한 직경, 위치, 방향 제어기술의 확립이 요구되며, 금속성, 반도체성 탄소나노튜브의 분리 제조이다

* 탄소나노튜브 : 1991년 일본전기회사(NEC) 부설 연구소의 ‘이지마 스미오’ (飯島澄男) 박사가 전기방전법 (Arc Discharge)을 이용하여 흑연의 음극 상에 형성시킨 탄소덩어리를 분석하는 과정에서 발견한 것으로, 6개의 탄소원자가 육각형 모양으로 서로 연결되어 지름이 수~수십 나노미터에 불과한 관 모양을 이루고 있는 나노소자

국가별 특허동향 = 지난 1992년부터 2004년까지 출원된 탄소나노튜브 기술 분야를 제조기술과 그에 따른 응용기술로 크게 나누었으며, 다시 제조기술에서는 탄소나노튜브 성장방법, 정제방법, 분산방법 및 기능화로 구분하였고, 응용기술에서는 광전자 Device, Nano Electronics, Energy, Mechatronics, Nano Composites 분야로 구분하여 각 분야별로 한국, 미국, 일본 및 유럽에 출원된 관련특허들을 분석하였다.

탄소나노튜브의 제조 및 응용기술에 대한 국가별 특허출원은 중복데이터 및 노이즈를 제거한 후 총 3,312건의 출원이 이루어진 것으로 분석되었으며, 이 중 미국이 1,259건 (38%)으로 가장 많은 특허출원이 이루어지고 있으며, 다음으로 일본 (33%)과 한국 (20%)이 따르고 있고, 유럽은 10% 미만의 특허출원이 이루어지고 있다.

각 국가별 특허동향 중 한국과 미국은 탄소나노튜브의 응용에 관련된 특허출원이 전체 출원의 72%로 유럽과 일본의 각각 59%와 63%보다 높게 나타나 이미 한국과 미국에서는 탄소나노튜브를 이용한 실용화 연구가 활발히 진행되고 있음을 알 수 있다.

출원인별 특허동향 = 국가별로 살펴본 주요 출원인별 특허동향에서는 삼성SDI가 미국에서만 70건을 출원하여 미국 내 최다출원인으로 분석되었고, Rice University가 62건으로 2위, NEC는 6위, 삼성전자가 24건으로 7위, Intel은 20건으로 11위로 밝혀졌으며, 전체 출원건 중 상위 15개 출원인이 차지하는 비율이 38%로 다른 기술 분야와 비교하여 상대적으로 낮게 나타나 아직까지도 우리 기업 혹은 연구자들이 충분히 공략할만한 시장이 남아있는 것으로 판단된다. 특히, 삼성SDI는 70건의 특허출원 중 68건의 출원이 응용기술에 집중되었으며, Rice University는 62건 중 49건, 일본의 NEC는 26건의 출원 중 50%가 제조기술과 관련된 출원으로 밝혀져 흥미로운 대조를 이루고 있다.

한국의 경우는 1998년 까지는 제조 및 응용관련 특허출원의 비율이 상이하였으나, 1999년 이후 응용관련 출원 건이 급격히 증가하여 2003년에는 응용관련 출원 건이 제조관련 출원건의 약 5배에 이르고 있다. 주요 출원인은 삼성SDI, LG전자, 일진나노텍, 삼성전자, ETRI 및 한국과학기술원이며 전체적으로 응용기술과 제조기술의 출원비가 약 7:3으로 미국과 비슷한 경향을 보이고 있는 것으로 분석되었다.

기술별 특허동향 = 한국에 출원된 특허의 기술별 동향은 광전자 Device가 전체 출원 중 49%로 가장 많았으며 Nano Electronics가 18%, 에너지 및 복합재 관련 출원이 각각 14%와 15%로 분석되었다.

광전자 Device의 출원비율이 상대적으로 높은 이유는 탄소나노튜브가 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 FED (Field Emission Display)의 핵심부품인 전자 Emitter로 사용되어 삼성SDI, LG전자, 일진나노텍 등에서 활발히 연구되고 있기 때문이며, Nano Electronics 분야에서는 실리콘을 대체할 차세대 반도체 소자로 탄소나노튜브의 활용이 활발히 진행되고 있기 때문으로 생각된다. 특히, 광전자 Device 및 Nano Electronics 분야에서는 한국의 특허 출원수가 다른 선진국의 출원수 보다 많거나 대등하여 지식재산권 확보 차원에서 상당히 고무적이라 사료된다.

결론 및 대응방안 = 탄소나노튜브와 관련된 한국의 특허출원 건수는 분석된 전체 출원 중 약 20%로 미국, 일본 다음으로 세계 3위에 위치하고 있으나, 미국에는 약 50%, 일본에는 약 40% 정도 뒤지고 있다. 한국과 미국에 출원된 특허 중 약 28%는 탄소나노튜브의 제조에 관련된 것으로 유럽의 41%와 일본의 37%에 비하여 낮게 나타나 이미 탄소나노튜브를 이용한 실용화 연구가 상당히 진척되어 있음을 알 수 있으나, 동시에 탄소나노튜브가 발견된 후 지금까지 15년이라는 짧은 시간을 고려할 때 탄소나노튜브의 제조기술을 등한시한 결과라고도 판단된다. 결국, 소재의 제조는 무시하고 소재를 이용한 고부가가치 제품의 생산에만 집중한 지금까지의 산업적 괴리구조의 전철을 다시 한번 답습하고 있는 것은 아닌가 우려된다.

탄소나노튜브를 이용한 한국의 기술별 특허동향은 광전자 Device 및 Nano Electronics 분야가 전체 출원의 67%를 차지하고 있어 대부분의 특허출원이 전자부품의 제조에 집중된 것으로 분석된다. 장기적인 관점에서 이미 집중된 분야보다는 에너지, 메카트로닉스 및 복합재 관련 연구가 활발히 이루어져 균형 있는 연구형태로 발전되어 나가는 것이 궁극적으로 탄소나노튜브를 이용한 나노기술의 발전에 밑거름이 될 것으로 판단된다.

특허청 개요
특허청은 특허와 실용 신안, 디자인(의장) 및 상표에 관한 사무와 이에 대한 심사, 심판 사무를 수행하는 산업통상자원부 소속 행정기관이다. 대전에 본부를 두고 있다. 조직은 기획조정관, 산업재산정책국, 정보기획국, 고객협력국, 상표디자인심사국, 기계금속건설심사국, 화학생명공학심사국, 전기전자심사국, 정보통신심사국으로 구성되어 있다. 소속기관으로 특허심판원과 특허청서울사무소, 국제지식재산연수원 등이 있다.

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