나노기술 및 정책 정보

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1. 목적
 ○ 최근, 물질·재료의 설계 자유도 및 제어성이 현격히 향상해, 기존 벌크 재료로는 실현 곤란한 신기능을 발현하는 물질이 다수 창출되고 있다. 특히, 지속가능 사회의 실현이나 환경·자원, 에너지 등의 여러 분야에서의 신재료 개발에서 저장, 분리, 촉매, 광전(光電)/열전(熱電)변환, 초전도, 구조재료 등과 관련된 새로운 기능 발현 및 비약적인 기능성 향상에 세계적인 기대가 높아지고 있다.
 ○ 이들 신물질 연구개발을 선도해, 추진하기 위한 원리중 하나인 "미세한 공간공극(空間空隙)을 설계·제어하여, 혁신적 물질 기능을 창출하는 방법론"은 핵심이 되는 중요한 개념이다.
 ○ 그러나, 현재 "공간공극"을 핵심 개념으로 하는 물질·재료에 관련한 많은 연구분야는 분산되어, 이노베이션을 유발하는 메커니즘으로서의 기초·시즈(Seeds, 축적된 연구 기술, 노하우) 지향 연구자와 응용·요구 구동형 연구자와의 논의가 충분하고 계속적으로 전개되기 어려운 실상이다.
 ○ 이에 "나노 스케일의 미세한 공간공극을 가지는 물질의 차원, 형상, 치수, 조성, 규칙성, 결정성이 설계, 제어되어 고도로 조직화된 재료의 창출과 그 이용 기술"을 "공간공극 제어·이용 기술"이라고 정의하고, 해당 연구개발로의 공적자금 투입의 필요성·의의를 검토하였다.

2. "공간공극"의 기능
 ○ 본 보고서에서의 "공간공극"이란, 구성 원소와 그 결합에 의해서 구성되는 원소 네트워크의 "빈틈"을 의미하는 개념이며, 모든 치수 단위로 물질이 발현하는 기능을 이해해, 기능 물질 설계에 대해 물질을 제어하는 핵심 개념으로 자리 매김한다.
  - 미크로 레벨의 공간공극은 상호작용 하는 물질의 기능을 규정하고, 매크로 레벨의 공간공극은 매크로한 전체 구조를 안정화하는 효과를 가진다.

3. 중요과제 도출을 위한 기본인식
 ○ 기능 물질의 창출에 관련된 과학과 기술은, 최첨단 연구 분야로서 앞으로도 중시해야 하지만, 동시에, 개별 지식을 통합·융합해 새로운 생각이나 방법론을 도출해, 이노베이션을 창출하는 활동이 필요 불가결하다.
 ○ 과제 해결형 과학기술을 위한 분야의 중요 과제중 하나로, 나노부터 매크로로의 기능 규모 확대 및 고강도화를 들 수 있다.
 ○ 나노 물질 과학기술의 급진화를 목표로 한 기초연구와 기능 규모의 스케일 업을 비롯한 사회 실제 적용에 불가결한 방향성의 연구를 조합해 실시하는 연구 프로젝트 체제를 구축해야 한다.
 ○ 사회적 의의가 있는 큰 과제로 분야 횡단적 연구 추진 체제를 구축한다.

4. "공간공극 제어·이용 기술"의 향후 중요과제

가. 연구개발 과제 : 공극 설계 재료 
 ○ 나노 공간공극 물질의 기능 발현 규모 확대(스케일 업) 기술
 ○ 고속·대규모·임의 공극 설계 물질/재료의 합성 기술
 ○ 공간공극 기능 물질의 고강도화 기술
 ○ 분자·클러스터·초미립자 등의 계층적 자체 조직화에 의한 기능 물질 설계
 ○ 나노 공간공극중의 물질 수송·저장 및 물질·에너지 변환 등 여러 현상의 관측·해석 기반기술
 ○ 지구 규모의 과제(지속가능성, 생물다양성, 안심안전, 산업경쟁력, 국제공헌력)의 해결을 위한 혁신적 물질·에너지 변환 재료의 설계·합성 기술

나. 연구추진에 관한 과제(펀딩, 거점 형성, 인재육성 시스템)
 ○ 요소 기술 탐색·개척·급진화형 연구와 전략적 분야 재편성형 연구로의 중층적 펀딩 시스템
 ○ 과제 해결형 타분야 융합 국제 제휴 거점 형성
 ○ 산학협력 연구 교육 인재육성 시스템의 구축
 ○ 물질/재료/디바이스 설계학에 근거한 교육 커리큘럼의 설계와 적용

 - 목차 -
1. 취지
 1.1 서론
 1.2 취지설명
 1.3 공간공극의 형태
2. 필요한 공간공극
 2.1 촉매에서 필요한 공간공극
 2.2 막분리에서 필요한 공간공극
 2.3 화학·바이오센서에서 필요한 공간공극
 2.4 나노 구조 자성에서 필요한 공간공극
 2.5 열전변환에서 필요한 공간공극
 2.6 계산 화학에서의 공간공극의 기능 설계
 2.7 일렉트로닉스의 공간공극
3. 공간공극으로 가능한 것