한국 나노 및 소재기술 개발 현황 및 성과 분석

1. 요약

• 이 리포트는 2022년과 2023년 동안 대한민국에서 진행된 나노 및 소재기술의 개발 현황과 성과를 분석합니다. 주 목표는 과학기술정보통신부의 주도로 이루어진 다양한 프로젝트를 기반으로 나노기술과 소재기술의 발전 상황을 종합적으로 살펴보는 것입니다. 주요 발견 사항으로는 과학기술정보통신부의 지속적인 투자와 국가핵심소재연구단, 미래기술연구실, 스마트소재연구실 등의 연구 단체가 추진한 여러 과제가 포함됩니다. 특히, 대한민국은 2022년 나노기술 분야에서 미국특허청에 908건의 특허를 등록하며 세계 4위를 기록하였고, SCI급 논문 발표에서도 세계 4위를 차지하는 성과를 냈습니다. 또한, 나노융합2020+ 사업을 통해 매출 및 고용 창출에도 기여하였습니다.

2. 나노 및 소재기술 개발 개요

• 2-1. 정부 투자 현황

• 과학기술정보통신부는 2022년 상반기에 나노 및 소재기술개발사업에 대해 총 1,334억원을 지원하였습니다. 투자 대상은 국가핵심소재연구단, 미래기술연구실, 스마트소재연구실로 구성되며, 각 연구단과 연구실에게 연간 10~15억원, 연간 10억원, 연간 18억원 내외의 지원을 제공하였습니다. 또한, 2022년에 총 3천158억원을 나노 및 소재기술 개발에 투자하며, 이는 2021년 대비 약 10% 증가한 금액입니다.

• 2-2. 주요 연구 과제

• 2022년도 상반기에 과학기술정보통신부는 27개의 신규 과제를 선정하여 지원하였습니다. 국가핵심소재연구단은 6개의 신규 과제를 대상으로 반도체 및 디스플레이 핵심품목, 열관리 시스템 복합소재, 수소 센서 및 에너지 효율화에 관련된 연구를 추진하였으며, 미래기술연구실은 20개의 신규 과제를 운영하여 극한환경용 단결정 다이아몬드 기판소재, 체내 주사용 생분해성 형상기억소재 및 위상양자 신소재 등의 미래 유망 나노소재 기술 개발에 집중하였습니다. 스마트소재연구실은 인공지능을 활용한 수전해 촉매 및 디스플레이용 나노입자 합성 연구를 목적으로 하였습니다.

• 2-3. 성과 분석

• 2022년 대한민국은 나노 및 소재기술 분야에서 여러 가지 중요한 성과를 이루었습니다. 나노기술종합발전계획(제5기)에 따른 다양한 전략을 통해 글로벌 경쟁력을 강화하였습니다. 미국특허청에 등록된 나노 분야 특허 수는 908건으로 세계 4위를 차지하였고, 나노 분야 SCI급 논문 수는 9,319편으로 세계 4위를 기록하였습니다. 또한, 나노융합2020+ 사업을 통해 총 75.8억원의 사업화 매출과 53명의 고용 창출을 달성하였습니다. 나노 연구 인프라의 고도화 및 국제 협력 강화 역시 주목할 만한 성과로서, 나노코리아 20주년 기념 국제학술대회 및 전시회를 통해 대한민국의 나노기술 글로벌 성과를 알리는 기회가 되었습니다.

3. 2022년 나노 및 소재기술 개발 현황

• 3-1. 신규 과제 선정

• 2022년 상반기 과학기술정보통신부는 나노 및 소재기술개발사업의 신규 과제로 국가핵심소재연구단 6개, 미래기술연구실 20개, 스마트 소재연구실 1개를 선정하였습니다. 향후 5년간 이들 연구 단체에 1,334억원을 지원할 계획입니다. 국가핵심소재연구단은 반도체 및 디스플레이 핵심 품목, 열관리 시스템 복합소재 연구를 포함한 다양한 연구를 진행할 예정입니다. 미래기술연구실은 극한환경용 단결정 다이아몬드 기판소재와 체내 주사용 생분해성 형상기억소재 등 미래 유망 나노소재 기술 개발을 목표로 하고 있으며, 스마트 소재연구실은 인공지능을 활용한 수전해 촉매 및 디스플레이용 나노입자 합성을 진행합니다.

• 3-2. 반도체 및 디스플레이 기술

• 2022년 대한민국의 반도체 및 디스플레이 기술 연구는 주로 극자외선(EUV) 포토레지스트 소재와 5G용 통신 부품, 열관리 시스템 복합소재 등에 집중되었습니다. 과학기술정보통신부는 관련 연구단에 선정된 과제들을 통해 극미세 극자외선 노광 공정에서도 우수한 성능을 발휘하는 포토레지스트 소재 개발을 목표로 하고 있습니다. 또한 고성능 다기능 알루미늄 복합소재 연구를 통해 원자력 발전에서 발생하는 고준위 방사성 폐기물을 안전하게 관리할 수 있는 소재 개발도 추진 중입니다.

• 3-3. 에너지 분야 기술

• 2022년 에너지 분야에서는 수전해 촉매와 같은 청정 에너지원 기술 개발이 주요 연구 대상으로 선정되었습니다. 스마트 소재연구실에서는 인공지능 로봇을 이용해 수전해 촉매 개발을 자동화하는 연구를 진행하였으며, 이를 통해 그린 수소 생산 및 첨단 디스플레이에 필요한 나노입자 개발을 목표로 했습니다. 이러한 연구는 소재 개발 과정을 대폭 단축하고 효율성을 크게 높이는 성과를 도출하였습니다. 또한, 열관리 시스템 복합소재와 같은 에너지 효율화를 위한 다양한 연구가 꾸준히 진행되었습니다.

4. 2023년 나노 및 소재기술 개발 현황

• 4-1. 정부의 투자 계획

• 2022년도 대한민국 정부는 나노 및 소재기술 개발에 총 3천158억 원을 투자하였습니다. 이는 2021년 대비 약 10% 증가한 수치로, 주요 산업 분야에서 필수적인 핵심 소재 개발을 위해 다양한 신규 과제가 선정되었습니다. 특히, 국가핵심소재연구단 6개, 미래기술연구실 20개, 스마트소재연구실 1개 등 총 27개의 신규 프로젝트가 선정되었습니다. 이러한 투자는 대한민국의 나노 및 소재기술의 글로벌 경쟁력을 강화하고 기술 자립을 달성하기 위한 중요한 역할을 하고 있습니다.

• 4-2. 주요 성과

• 2022년도 대한민국의 나노 및 소재기술 연구는 혁신적인 성과를 달성하였습니다. 나노분야 SCI급 논문 수는 총 9,319편으로 세계 4위를 기록하였으며, 미국특허청에 등록된 나노 분야 특허수는 908건으로 세계 4위를 차지하였습니다. 또한, 나노융합 2020+ 사업을 통해 총 75.8억 원의 사업화 매출과 53명의 고용 창출을 달성하였습니다. 이러한 성과는 나노기술 분야에서 대한민국의 글로벌 경쟁력을 강화하는 데 크게 기여하였습니다.

• 4-3. 미래 전략

• 제5기 나노기술종합발전계획(2021~2030)에 따라, 한국 정부는 나노기술의 연구, 산업화 및 기술 기반 확충을 위한 다양한 전략을 추진하고 있습니다. 주요 전략으로는 글로벌 기술 난제 해결을 위한 소재 분야 \'미래기술연구실\' 확대, 나노원천기술과 중소기업 신제품 수요를 연계한 사업화 모델 구축, 첨단 나노소재부품 사업화를 위한 실증기반 고도화, 나노팹인프라 기능 고도화 등이 있습니다. 이를 통해 대한민국은 나노기술의 글로벌 경쟁력을 더욱 강화하고, 미래 첨단 기술 기반을 확보하고자 합니다.

5. 나노 기술의 글로벌 경쟁력

• 5-1. 특허 등록 현황

• 2022년 대한민국의 나노기술 분야에서 미국 특허청(USPTO)에 등록된 특허 건수는 908건으로 세계 4위를 기록하였습니다. 주요 순위로는 1위 미국(6,244건), 2위 중국(1,366건), 3위 일본(1,249건), 5위 독일(542건) 등이 있습니다. 2013년부터 2022년까지 미국 특허청에 등록된 나노분야 누적 특허 건수는 총 139,516건이며, 이 중 대한민국은 9,712건(7.0%)으로 세계 3위를 차지하고 있습니다. 또한, 대규모 정부 투자가 2022년도 나노기술의 발전에 큰 기여를 했습니다. 2022년도에 정부는 나노기술과 소재기술 개발에 총 1조 2,477억원을 투자하였으며, 이는 전체 정부 R&D 투자액의 4.2%를 차지하여 한국 나노기술의 경쟁력 강화를 위한 근간이 되었습니다.

• 5-2. SCI급 논문 발표

• 2022년 대한민국의 나노기술 분야에서 발표된 SCI급 논문 수는 총 9,319편으로 세계 4위를 차지하였습니다. 주요 순위로는 1위 중국(86,059편), 2위 미국(19,579편), 3위 인도(15,978편), 5위 독일(7,577편)이 있습니다. 2013년부터 2022년까지 SCI급 논문 누적 건수는 총 1,535,473편이며, 이 중 대한민국은 91,417편(6.0％)으로 세계 4위를 기록하였습니다. 이는 정부의 지속적인 투자와 연구 활성화 덕분이며, 나노기술의 학술적 성과가 글로벌 수준에서 인정받고 있음을 의미합니다.

• 5-3. 국제 협력 및 성과

• 2022년 나노기술 분야에서는 다양한 국제 협력과 인력 양성이 이루어졌습니다. 국가 핵심소재연구단은 2021년 57개에서 2022년 69개로 확대되었으며, 미래기술연구실 또한 2021년 4개에서 2022년 누적 22개로 증가했습니다. 나노융합산업 경쟁력 강화를 위해 주력산업 분야의 산업소재 및 전자부품 개발이 지속되었으며, 미래 자동차, 디스플레이 등 미래 신산업 분야의 부품 및 모듈 개발도 이루어졌습니다. 또한, 나노팹 인프라 고도화와 함께 나노 인프라 간 연계 협력을 위한 '나노인프라 연계 시스템' 구축이 추진되었으며, 이를 통해 2022년 총 69,181건의 서비스가 제공되었습니다.

6. 스마트 소재 연구 및 AI 활용

• 6-1. AI와 나노 소재 연구

• 2022년 정부는 나노 및 소재 기술 개발에 총 3,158억 원을 투자하였습니다. 이는 전년도 대비 약 10% 증가한 수치로, 2,879억 원에서 늘어난 금액입니다. 정부는 국가 필수 전략기술을 확보하기 위해 미래선도형 기술 개발을 중점적으로 추진하는 투자 계획을 세웠습니다. 2023년도 나노 기술 분야 정부 투자는 총 1조 1,727억원으로, 과학기술정보통신부가 56%, 산업통상자원부가 24%를 차지하여 AI와 나노 소재 연구의 중요성을 나타냅니다. 나노 및 소재 기술 개발의 주요 성과로는 미국 특허 908건이 등록되었으며, 이는 세계 4위를 기록한 수치입니다. 또한, 정부 R&D 투자금액은 1조 2,477억원에 달하며, 나노 분야 연구인력은 16,169명으로 보고되었습니다. 이러한 데이터는 정부가 나노 및 소재 기술 개발에 대한 투자를 통해 국제적 경쟁력을 강화하고 있음을 보여줍니다. 주요 연구 과제 중에는 '혈관 치료용 생분해성 금속 소재'와 '실감형 메타버스 구현 센서' 등의 과제가 포함되어 있습니다.

• 6-2. 스마트 소재연구실

• 스마트 소재연구실에서는 인공지능 로봇을 활용하여 신소재의 합성, 설계, 평가 과정을 자동화하는 연구를 진행하고 있습니다. 이 연구를 통해 소재 설계, 합성, 성능 평가를 자동화하고 신소재 개발 비용과 시간을 50% 이상 단축하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 연구의 효율성을 크게 향상시킵니다. 2022년 상반기에는 '극자외선 포토레지스트 소재 연구단', '고성능 다기능 알루미늄 복합소재 연구단' 등 다양한 국가핵심소재연구단이 선정되어 반도체, 디스플레이, 에너지 효율화 및 차세대 에너지 관련 기술 개발을 진행 중입니다.

• 6-3. 연구 자동화 플랫폼

• 스마트 소재연구실의 한 예로, 연구 자동화 플랫폼을 통해 나노 기술과 AI의 융합 연구가 이루어지고 있습니다. 이는 연구 자동화 플랫폼을 활용하여 인공지능과 로봇을 통해 신소재의 합성, 설계, 평가 과정을 자동화하는 프로젝트를 포함합니다. 이와 관련된 주요 연구 과제는 '단결정 다이아몬드 기판소재 연구실'과 '위상 양자 신물질 연구실'로, 각각 극한환경용 소재와 양자컴퓨팅 및 양자소자에 적용 가능한 소재를 연구합니다. 스마트 소재 연구는 단순 효율성 향상뿐 아니라, 다양한 산업 분야에서의 혁신을 가능하게 하며 소재 개발의 새로운 길을 열고 있습니다. 예를 들어, 3nm 이하의 극미세 극자외선 노광 공정용 소재 개발로 반도체 산업의 발전을 촉진하고 있습니다.

7. 결론

• 본 리포트는 대한민국의 나노 및 소재기술 개발 현황과 성과를 종합적으로 분석한 결과, 과학기술정보통신부의 주도 아래 이루어진 투자와 연구가 큰 성과를 냈음을 확인했습니다. 2022년과 2023년 동안 반도체, 디스플레이, 에너지 분야의 기술 자립을 목표로 다양한 과제가 추진되었습니다. 이로 인해 미국특허청에 908건의 특허가 등록되고, SCI급 논문이 9,319편 발표되는 등 세계 상위권을 기록하며 글로벌 경쟁력을 강화했습니다. 특히 AI를 활용한 스마트 소재 연구는 연구의 효율성을 크게 향상시켰습니다. 한계로는 지속적인 투자가 필요하며, 국제 협력 강화를 통해 기술 응용과 혁신을 더욱 가속화해야 합니다. 미래 전망으로는 AI와 나노기술의 융합 연구가 산업적 응용을 확대시키고, 지속적인 정부 지원이 대한민국의 나노기술 글로벌 경쟁력을 한층 더 강화할 것으로 기대됩니다.

8. 용어집

• 8-1. 과학기술정보통신부 [정부 부처]

• 과학기술정보통신부는 한국의 과학기술 및 정보통신 정책을 총괄하는 부처로, 나노 및 소재기술 개발을 위한 주요 투자와 정책을 수립 및 시행하고 있습니다.

• 8-2. 나노기술종합발전계획 [정책 및 계획]

• 제5기 나노기술종합발전계획은 2021년부터 2030년까지 한국의 나노기술 발전을 목표로 하는 장기 전략으로, 정부의 투자와 다양한 연구 및 산업 프로젝트를 포함하고 있습니다.

• 8-3. 국가핵심소재연구단 [연구 기관]

• 국가핵심소재연구단은 한국 내 주요 나노 및 소재기술 연구를 수행하는 연구 단체로, 정부의 지원을 받아 여러 국가 중요 과제를 수행 중입니다.

9. 출처 문서

• 2022-2023 나노 및 소재기술 개발 현황 분석go-public-report-ko-6d1edd7f-3a7c-4fc5-ba88-67b70a5fb50f-0-0
• 2022년도 대한민국 나노 및 소재기술 개발 현황 분석go-public-report-ko-4a9c52e2-0755-4051-b8eb-d1676c546028-0-0
• 2022-2023 나노 및 소재기술 개발 현황 및 성과 분석go-public-report-ko-e309e324-706e-49b6-93c7-89fd3f8050d3-0-0
• 2024년 AI 및 기술 관련 주요 동향과 발전go-public-report-ko-6fd83024-f631-4385-b3ba-f7fba4b969fd-0-0
• 2022년 나노 및 소재기술개발 현황과 성과 분석go-public-report-ko-688cb565-9bd6-4d43-b5eb-a266b6de61f5-0-0
• 한국 나노 및 소재기술 개발 현황 및 추진 계획go-public-report-ko-27c79af2-139a-4b19-a068-c1b05178bff4-0-0