스테인리스 스틸 소재에 대한 궁극의 가이드
스테인리스 스틸이 일반 강철처럼 녹슬지 않는 이유가 궁금한 적이 있나요? 이 블로그 게시물에서는 스테인리스 스틸의 매혹적인 세계, 독특한 특성 및 중요한 역할에 대해 살펴봅니다...
더 강하고, 더 가볍고, 더 스마트하게 만드는 등 산업 전반에 혁신을 가져올 수 있는 소재를 상상해 보세요. 이 글에서는 기술과 제조업을 변화시킬 50가지 혁신적인 소재에 대해 살펴봅니다. 그래핀의 탁월한 강도와 전도성부터 오염을 줄이는 생분해성 플라스틱까지, 이 소재들은 과학 발전의 최전선에 서 있습니다. 그래핀의 고유한 특성과 잠재적 응용 분야를 살펴봄으로써 그래핀이 항공 우주부터 일상 제품에 이르기까지 모든 분야의 미래를 어떻게 바꿀 수 있는지 알아볼 수 있습니다. 이러한 소재가 제공하는 무한한 가능성에 영감을 받을 준비를 하세요.
첨단 소재라고도 하는 신소재는 기존 소재에 비해 우수한 성능을 발휘하는 최근 개발되었거나 개발 중인 소재를 말합니다.
새롭게 개발되었거나 연구 중인 소재로 기존 소재를 능가하는 탁월한 성능을 발휘하는 소재를 포괄합니다.
신소재 기술은 물리적 연구, 소재 설계, 가공, 실험 평가 등 일련의 연구 과정을 통해 인간의 의도에 따라 만들어지며, 다양한 요구를 충족하는 혁신적인 소재를 만드는 것을 목표로 합니다.
여기에는 기능적 포지셔닝, 방향성 포지셔닝, 기술적 포지셔닝, 시장 포지셔닝이 포함됩니다:
(1) 복합 신소재
복합 신소재의 사용은 고대로 거슬러 올라갑니다. 역사적 예로는 두 가지 다른 재료로 구성된 짚으로 강화된 점토와 수백 년 된 철근 콘크리트가 있습니다. 1940년대에는 항공 산업의 요구로 인해 유리섬유 강화 플라스틱(일반적으로 유리섬유로 알려진)이 개발되어 복합 소재의 시대가 열렸습니다. 1950년대 이후 탄소, 흑연, 붕소 섬유와 같은 고강도 및 고탄성 섬유가 개발되었습니다. 1970년대에는 아라미드와 실리콘 카바이드 섬유가 등장했습니다.
이러한 고강도, 고탄성 섬유는 합성수지, 탄소, 흑연, 세라믹, 고무와 같은 비금속 매트릭스 또는 알루미늄, 마그네슘과 같은 금속 매트릭스와 결합할 수 있습니다, 티타늄 를 결합하여 독특한 복합 소재를 형성합니다. 초고분자 폴리에틸렌 섬유는 뛰어난 강도와 화학 물질 및 노화에 대한 내성으로 잘 알려져 있으며 고주파 소나 전송 및 바닷물 내식성에도 탁월합니다.
이 광섬유는 해군 함정의 고주파 소나 페어링에 사용되어 기뢰 탐지 및 청소 기능을 향상시킵니다. 군용 애플리케이션 외에도 자동차 제조, 조선, 의료 기기, 스포츠 장비 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 선진국에서는 이 기술의 도입이 큰 관심과 주목을 받고 있습니다.
(2) 초전도 재료
어떤 물질은 특정 임계 온도에서 전기 저항이 0이 되는 현상을 초전도 현상이라고 합니다. 초전도의 또 다른 특징은 초전도체가 저항이 없어지면 자기장 선이 초전도체에 침투할 수 없는 반자성입니다. 예를 들어, 구리와 같은 일반적인 금속의 전기 저항은 온도에 따라 감소하여 0K에 가까운 특정 값에 도달합니다.
1919년 네덜란드 과학자 하이케 카메링 오네스는 수은의 저항이 4.2K(-269°C)에서 완전히 사라지는 것을 발견하여 초전도성과 반자성을 입증했습니다. 초전도체 저항이 0이 되는 임계 온도(TC)는 초전도의 핵심적인 특징입니다. 초전도 재료 연구는 고온 초전도체 발견을 위한 '온도 장벽'을 극복하는 데 초점을 맞추고 있습니다.
핵자기공명영상(NMRI), 초전도 자석, 대형 가속기 자석에 응용되는 NbTi 및 Nb3Sn과 같은 실용적인 초전도체가 상용화되었습니다. 약한 전기 응용 분야의 초전도체 예시인 SQUID는 비초전도 장치와 비교할 수 없는 감도로 약한 전자기 신호를 감지하는 데 중요한 역할을 합니다.
그러나 기존 초전도체는 임계 온도가 낮아 복잡하고 값비싼 액체 헬륨(4.2K) 시스템이 필요했기 때문에 응용 분야에 상당한 제약이 있었습니다. 고온 산화물 초전도체가 등장하면서 이러한 온도 장벽이 깨지고 적용 가능한 온도가 액체 헬륨(4.2K)에서 액체 질소(77K) 수준으로 높아졌습니다. 액체 질소는 액체 헬륨보다 열 용량이 높고 경제적인 냉각제로서 엔지니어링 응용 분야를 크게 촉진합니다.
고온 초전도체는 또한 20T 이상의 자기장을 생성할 수 있는 상당한 자기 능력을 가지고 있습니다. 초전도 소재의 응용 분야에는 발전, 송전, 저장 등이 있습니다. 코일 자석을 사용하는 초전도 발전기는 에너지 손실이 거의 없이 자기장 강도를 50,000~60,000가우스까지 높일 수 있어 기존 발전기에 비해 단일 장치 용량은 5~10배, 효율은 50%까지 향상됩니다.
초전도 송전선로와 변압기는 최소한의 손실로 사용자에게 전기를 전송할 수 있습니다. 예를 들어, 중국의 구리 또는 알루미늄 송전선로에서 손실되는 전기 에너지의 양은 연간 약 15%로, 이는 연간 1,000억 kWh에 달합니다. 초전도 송전으로 전환하면 수십 개의 대형 발전소를 대체할 수 있을 만큼의 전력을 절약할 수 있습니다.
초전도 자기부상열차는 자기장 선을 밀어내는 초전도체가 영구 자석이나 자기장 위로 부상할 수 있는 초전도체 반자성 특성을 이용해 운행합니다. 이 자기 부상 효과는 상하이 푸동 국제공항의 고속 초전도 자기 부상 열차와 같은 고속 초전도 열차에 사용됩니다. 초전도 컴퓨터에서는 초전도 물질의 저항이 거의 0에 가깝기 때문에 과열 없이 집적 칩에 회로를 조밀하게 집적할 수 있어 컴퓨팅 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.
(3) 에너지 재료
에너지 소재에는 태양전지 소재, 수소 저장 소재, 고체 산화물 연료전지 소재가 포함됩니다. 새로운 에너지 소재인 태양전지 소재는 변환 효율이 최대 40%에 달하는 IBM의 다층 복합 태양전지와 같은 발전이 있었습니다. 무공해의 효율적인 에너지원인 수소는 저장과 운송에 있어 중요한 과제에 직면해 있습니다. 미국 에너지부의 수소 연구 자금 중 약 50%가 수소 저장 기술에 할당되어 있습니다.
수소는 재료를 부식시켜 취화 및 누출을 유발하고 운송 중 폭발 위험을 초래할 수 있습니다. 수소 저장 소재는 수소와 하이드라이드를 형성하여 가열 시 수소를 방출하고 고갈 후 재충전할 수 있습니다. 현재 수소 저장 물질은 주로 LaNi5H, Ti1.2Mn1.6H3와 같은 금속 화합물입니다. 고체 산화물 연료전지에 대한 연구는 고체 전해질막, 전지 음극재, 양성자 교환막 연료전지용 유기 양성자 교환막 등의 소재를 중심으로 활발히 진행되고 있습니다.
(4) 스마트 소재
스마트 소재는 천연 소재, 합성 고분자 소재, 인공적으로 설계된 소재에 이은 4세대 소재입니다. 스마트 소재는 현대 첨단 신소재 개발의 중요한 방향입니다. 전 세계적으로 스마트 소재 분야에서 수많은 기술적 혁신이 이루어지고 있습니다. 예를 들어 영국의 BAE Systems는 항공기 외피의 변형과 온도를 테스트하기 위한 와이어 센서를 개발했습니다.
영국은 또한 응답 시간이 10분 정도로 짧은 브레이크에 유용한 100만 사이클의 수명과 높은 출력을 가진 빠른 응답 형상 기억 합금을 개발했습니다. 형상 기억 합금은 위성 안테나, 의료 분야 등에 성공적으로 적용되었습니다. 그 밖에도 압전 재료, 자기 변형 재료, 전도성 폴리머, 전기 유체, 자기 유체 등 다양한 스마트 소재가 다양한 애플리케이션에서 구동 부품으로 사용되고 있습니다.
(5) 자성 재료
자성 재료는 연성 자성 재료와 경성(영구) 자성 재료로 분류됩니다.
(1) 부드러운 자성 재료
연자성 물질은 쉽게 자화 및 탈자되어 자기장이 제거되면 자성을 잃습니다. 높은 자기 투과성(μ=B/H)이 특징인 이 소재는 자기장에서는 쉽게 높은 강도로 자화되지만 자기장이 제거되면 잔류 자성을 거의 유지하지 않습니다.
이러한 재료는 전자 기술, 특히 마그네틱 코어, 헤드, 메모리 코어와 같은 고주파 애플리케이션과 변압기 및 릴레이 스위치의 전기 공학 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적인 연자성 재료로는 철-실리콘 합금, 철-니켈 합금, 비정질 금속 등이 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 연자성 소재인 Fe-(3%-4%)Si 합금은 저주파 변압기, 모터, 발전기 등에 사용됩니다.
Iron-nickel alloys, such as Permalloy (79%Ni-21%Fe), offer higher magnetic permeability and lower loss than iron-silicon alloys and are used in telecommunications, computers, and control systems. Amorphous metals, differing from typical metals with their non-crystalline structure, are composed of Fe, Co, Ni, and metalloids like B, Si.
용융 금속을 빠르게 냉각하여 비결정성 원자 구조를 만들어내는 비정질 금속은 우수한 자기 특성을 나타내며 에너지 효율적인 변압기, 자기 센서, 레코딩 헤드 등에 사용됩니다. 일부 비정질 금속은 내식성이 뛰어나고 강도가 높으며 인성도 우수합니다.
(2) 영구 자성 재료(경자성 재료)
영구 자성 재료는 자화 후 외부 자기장이 제거되어도 자성을 유지합니다. 높은 잔류 자력과 높은 보자력이 특징이며 나침반, 계측기, 마이크로 모터, 전기 모터, 레코더, 전화기, 의료용 애플리케이션 등에 사용되는 영구 자석에 적합합니다. 영구 자성 재료에는 페라이트와 금속 영구 자석이 포함됩니다.
대용량, 광범위한 응용 분야, 저렴한 비용으로 널리 사용되는 페라이트는 적당한 자기 특성을 가지고 있어 일반적인 영구 자석 응용 분야에 적합합니다. 금속 영구 자석의 시작은 고탄소강 초기의 희토류-코발트(Re-Co) 합금(주로 분말 야금을 사용하여 만든 SmCo5 및 Sm2Co17)과 널리 사용되는 니오븀-철-붕소(Nb-Fe-B) 희토류 자석과 같은 희토류 자석은 Al-Ni-Co 및 Fe-Cr-Co 합금과 같은 고성능 재료로 발전해 왔습니다. Nb-Fe-B 자석은 성능이 우수할 뿐만 아니라 희소 원소인 코발트가 없어 고성능 스피커, 전자 수도 계량기, 핵 자기 공명 계측기, 마이크로 모터, 자동차 시동 모터 등에 사용되는 고성능 영구 자석의 대표 주자로 급부상했습니다.
(6) 나노 소재
나노기술은 최첨단 첨단 기술과 과학이 결합된 통합 시스템으로, 기본적으로 원자와 분자를 직접 조작하고 배열하여 새로운 물질을 만들어냄으로써 나노 단위로 자연을 이해하고 변형하는 것을 포함합니다. 나노 기술은 나노 시스템 물리학, 나노 화학, 나노 재료 과학, 나노 생물학, 나노 전자공학, 나노 제조, 나노 역학의 7가지 분야를 포괄합니다.
1980년대에 명명된 나노물질은 크기가 100나노미터를 넘지 않는 나노입자로 구성된 고체 물질입니다. 나노물질의 준비와 합성은 여전히 주요 연구 분야이며, 샘플 합성에 어느 정도 진전이 있었지만 대량 샘플의 대량 생산은 여전히 어려운 과제이므로 나노물질 준비 연구는 응용에 매우 중요합니다.
소재 산업은 국가 경제의 기반 산업이며, 신소재는 소재 산업 발전의 선구자입니다.
그래핀, 탄소 나노 튜브, 비정질 합금, 발포 금속, 이온성 액체... 20가지 신소재는 소재 산업의 발전을 위한 무한한 기회를 제공합니다.
오늘날 과학 기술 혁명은 빠르게 발전하고 있으며, 새로운 소재 제품은 하루가 다르게 변화하고 있으며, 산업 업그레이드와 소재 교체 속도가 빨라지고 있습니다.
신소재 기술은 나노기술, 생명공학, 정보기술과 통합되어 있습니다.
구조적, 기능적 통합과 기능성 소재가 더욱 지능화되고 있습니다.
저탄소, 친환경, 재활용이 가능한 친환경 소재의 특성으로 많은 관심을 받고 있습니다.
국내외 유명 연구 기관 및 기업의 연구 진행 상황, 과학기술 미디어 리뷰, 업계 핫스팟 연구 등을 바탕으로 20가지 신소재를 선정했습니다.
다음은 관련 자료의 세부 정보입니다(특별한 순서는 없음).
돌파구:
탁월한 전기 전도성, 매우 낮은 저항률, 매우 낮고 매우 빠른 전자 이동 속도, 수십 배의 강도 및 뛰어난 빛 투과율.
D개발 T렌더링합니다:
2010년 노벨 물리학상 수상으로 그래핀은 최근 몇 년 동안 기술 및 자본 시장에서 화제가 되었습니다.
향후 5년 동안 그래핀은 광전 디스플레이, 반도체, 터치스크린, 전자 기기, 에너지 저장 배터리, 디스플레이, 센서, 반도체, 항공우주, 군사, 복합 재료, 바이오 의학 분야에서 폭발적으로 성장할 것입니다.
주요 연구 기관(기업):
그래핀 테크놀로지스, 앵스트론 머티리얼즈, 그래핀 스퀘어, 포스만 테크놀로지 등
돌파구:
높은 다공성, 저밀도, 경량, 낮은 열전도율, 우수한 단열 특성.
개발 동향:
잠재력이 큰 신소재.
에너지 절약 및 환경 보호, 가전제품의 단열, 건축 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
포스만 테크놀로지, W.R. 그레이스, 후지실리시아, 일본 등
돌파구:
높은 전기 전도성, 높은 열 전도성, 높은 탄성 계수, 높은 인장 강도 등을 제공합니다.
개발 동향:
기능성 장치, 촉매 담체, 센서 등을 위한 전극.
주요 연구 기관(기업):
유니딤, 주식회사, 도레이 인더스트리, 주식회사, 바이엘 머티리얼 사이언스 AG, 미쓰비시 레이온 주식회사, 미쓰비시 레이온 주식회사, 미쓰비시 레이온 주식회사, 미쓰비시 레이온 주식회사 등 , 포스만 테크놀로지, 쑤저우 퍼스트 엘리먼트 등이 있습니다.
돌파구:
선형 및 비선형 광학 특성, 알칼리 금속 풀러렌 초전도성 등
개발 동향:
향후 생명과학, 의학, 천체물리학 등의 분야에서 중요한 전망을 가지고 있으며 광 변환기, 신호 변환 및 데이터 저장과 같은 광전 소자에 사용될 것으로 예상됩니다.
주요 연구 기관(기업):
미시간 주립대, 샤먼 푸나 신소재 등
돌파구:
높은 강도와 인성, 우수한 자기 투과성, 낮은 자기 손실, 우수한 액체 흐름.
D개발 T렌더링합니다:
고주파 저손실 변압기, 모바일 단말기 장비의 구조 부품 등에 사용할 수 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
리퀴드메탈 테크놀로지스, 중국 금속 연구소, 중국 과학원, BYD 등이 있습니다.
돌파구:
가벼운 무게, 저밀도, 높은 다공성, 넓은 비표면적을 자랑합니다.
D개발 T렌더링합니다:
전도성을 가지고 있으며 무기 비금속이 없는 응용 분야를 대체할 수 있습니다.금속 재료 전기를 전도할 수 없습니다.
방음 및 소음 감소 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
알칸(미국 알루미늄 협회), 리오 틴토, 시마트, 노르스크 하이드로 등
돌파구:
높은 열 안정성, 넓은 액체 온도 범위, 조절 가능한 산 및 알칼리, 극성, 조정 능력 등을 갖추고 있습니다.
개발 동향:
녹색 화학 산업 분야는 물론 생물학 및 촉매 분야에서 폭넓게 응용될 수 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
솔벤트 이노베이션, BASF, 란저우 물리학 연구소, 중국 과학원, 퉁지 대학교 등이 있습니다.
돌파구:
생체 적합성, 수분 보유력, 광범위한 pH 안정성이 우수합니다.
또한 나노 네트워크 구조와 높은 기계적 특성을 가지고 있습니다.
D개발 T렌더링합니다:
바이오 의약품, 강화제, 제지 산업, 정화, 전도성 및 무기 화합물 식품, 산업용 자성 화합물 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
셀루 포스(캐나다), 미국 산림청, 인벤티아(스웨덴) 등
돌파구:
나로미터 페로카카이트는 자기 저항이 크고 이온 전도도가 높으며 산소의 침전 및 환원에 촉매 역할을 합니다.
D개발 T렌더링합니다:
향후 촉매, 저장, 센서, 광 흡수 분야에서 큰 잠재력을 발휘할 것입니다.
주요 연구 기관(기업):
에프리, 알파에사르 등
돌파구:
전통적인 산업 처리 방법을 변경하면 복잡한 구조의 형성을 빠르게 달성할 수 있습니다.
개발 동향:
이 혁신적인 성형 방법은 복잡한 구조 성형 및 고속 가공 성형 분야에서 큰 전망을 가지고 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
Object, 3D시스템즈, 스트라타시스, 후아슈 하이테크 등이 있습니다.
돌파구:
기존 유리의 딱딱하고 깨지기 쉬운 특성을 바꾸고 유리의 유연성이라는 혁신적인 혁신을 실현합니다.
개발 동향:
향후 플렉서블 디스플레이 및 폴더블 디바이스 분야에서 그 가능성은 매우 클 것입니다.
주요 연구 기관(기업):
코닝, 독일 쇼트 등
돌파구:
재료 분자의 자기 조립은 재료 자체의 '지능'을 실현합니다.
기존의 재료 준비 방법을 변경하여 재료가 특정 모양과 구조를 자연스럽게 형성하도록 구현합니다.
개발 동향:
전통적인 재료 준비 및 재료 수리 방법의 변화는 분자 장치 분야에서 큰 전망을 가지고 있습니다, 표면 엔지니어링 그리고 나노 기술.
주요 연구 기관(기업):
하버드 대학교 등
돌파구:
플라스틱은 자연 분해가 가능하고 재생 가능한 자원에서 원료를 얻을 수 있어 석유, 천연가스, 석탄 등 화석 자원에 대한 기존 플라스틱의 의존도를 바꾸고 환경 오염을 줄일 수 있습니다.
개발 동향:
향후 기존 플라스틱을 대체할 것이며 전망이 매우 밝습니다.
주요 연구 기관(기업):
네이처웍스, 바스프, 카네카 등
돌파구:
이러한 종류의 소재는 강도가 높고 밀도가 낮으며 내식성이 뛰어납니다.
또한 항공 및 민간 분야에서도 무한한 가능성을 가지고 있습니다.
개발 동향:
앞으로 이 소재는 경량, 고강도, 내식성 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있을 것입니다.
주요 연구 기관(기업):
하얼빈 공과대학교.
돌파구:
음의 투과성, 음의 유전율 등 기존 소재에는 없는 물리적 특성을 가지고 있습니다.
개발 동향:
소재의 특성에 따른 전통적인 가공 개념을 바꿨습니다.
앞으로는 필요에 따라 소재의 특성을 설계할 수 있으며, 그 잠재력은 무한하고 혁신적일 것입니다.
주요 연구 기관(기업):
보잉, 카이메타, 심천 광치 연구소 등
돌파구:
초전도 상태에서 이 소재는 저항이 0이고 전류 손실이 없으며 자기장에서 반자성 특성을 나타냅니다.
개발 동향:
향후 고온 초전도 기술이 돌파되면 다음과 같은 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다. 전력 전송 손실, 전자 기기의 발열, 새로운 친환경 전송 자기 서스펜션 기술 등입니다.
주요 연구 기관(기업):
일본 스미토모, 독일 브루커, 중국과학원 등
돌파구:
사전 성형 후 외부 조건에 의해 강제로 변형시킨 후 특정 조건에서 가공하고 원래 모양으로 복원하여 재료의 가역적 변형의 설계 및 적용을 실현합니다.
개발 동향:
우주 기술, 의료 장비, 기계 전자 장비 및 기타 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
주요 연구 기관(기업):
유얀 신소재 등
돌파구:
자기장의 작용으로 신장 또는 압축 성능을 생성하고 재료 변형과 자기장 간의 상호 작용을 실현할 수 있습니다.
개발 동향:
지능형 구조 장치, 충격 흡수 장치, 에너지 변환 구조, 고정밀 모터 및 기타 분야에서 널리 사용되며 일부 조건에서 압전 세라믹보다 성능이 우수합니다.
주요 연구 기관(기업):
미국 ETREMA, 영국 희토류 제품 회사, 일본 스미토모 경금속 회사 등이 있습니다.
돌파구:
고체 자성 물질의 자기적 특성과 액체의 유동성을 결합한 액체 상태입니다.
기존의 자성 벌크 재료에는 없는 특성과 응용 분야를 가지고 있습니다.
개발 동향:
자기 밀봉, 자기 냉동, 자기 히트 펌프 등의 분야에서 사용되며 기존의 밀폐형 냉동 및 기타 방법을 변경합니다.
주요 연구 기관(기업):
미국 ATA 어플라이드 테크놀로지 코퍼레이션, 일본 파나소닉 등
돌파구:
주변 환경의 변화를 감지하고 이에 대응할 수 있으며, 유사한 생물학적 반응 특성을 가지고 있습니다.
개발 동향:
스마트 폴리머 겔의 팽창-수축 사이클은 화학 밸브, 흡착 분리, 센서 및 메모리 재료에 사용할 수 있습니다.
사이클이 제공하는 전력은 '화학 엔진'을 설계하는 데 사용됩니다.
메시의 제어 가능성은 지능형 약물 방출 시스템 등에 적합합니다.
주요 연구 기관(기업):
미국 및 일본 대학.
소개:
홀로그램 필름은 홀로그램 기술을 획기적으로 응용한 제품입니다. 세계 최초로 조명 조건에 관계없이 360도를 포함한 다양한 각도에서 이미지를 정면과 후면에서 직접 볼 수 있는 특허받은 프로젝션 필름입니다.
홀로그램 필름은 선명한 영상으로 역동적인 공중 디스플레이를 제공하는 동시에 시청자가 필름을 통해 배경까지 볼 수 있도록 합니다. 인터랙티브 소프트웨어와 함께 사용하면 3차원 인터랙티브 이미지를 생성하여 관객을 매혹적인 공간 경험에 몰입시킬 수 있습니다.
고화질, 밝은 빛에 대한 내성, 초박형, 노화 방지 등의 탁월한 장점으로 미래의 가장 유망한 소재 중 하나가 될 것으로 기대됩니다.
미래 트렌드:
홀로그램 필름은 역동적인 공중 디스플레이와 선명한 이미지를 제공하는 동시에 관객이 배경을 투시하고 입체적인 이미지와 상호 작용할 수 있는 기능을 통해 수많은 비할 데 없는 이점을 제공합니다. 홀로그램 필름은 소재 혁신의 최전선에 서 있으며, 더 많은 과학적 연구를 이끌어낼 것입니다.
홀로그램 필름 개발의 미래 트렌드에 대한 예측에는 크게 두 가지 측면이 있습니다:
첫째, 홀로그래픽 컬러 필터 크리스탈(HCFC)을 중심으로 나노 기술과 재료 과학, 광학, 고분자 과학을 결합한 다학제적 접근 방식을 통합한 분자 수준의 나노 광학 부품입니다.
둘째, 가벼운 디자인에 첨단 정밀 광학 구조가 적용되어 뛰어난 고해상도 및 고휘도 이미지를 구현할 수 있습니다.
이 소재의 뛰어난 선명도와 미니멀하고 우아한 디자인 덕분에 전자기기와 광학 필름에 사용됩니다. 홀로그램 필름 기술의 개발은 많은 국가가 집중하고 있으며, 이는 미래를 담고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 이 기술을 먼저 마스터하고 활용하는 국가가 첨단 기술 시대를 선도하게 될 것입니다.
소개:
금속 수소는 수백만 기압의 압력 하에서 형성된 액체 또는 고체 수소의 전도성 상태입니다. 전기 전도도가 금속과 비슷하기 때문에 금속 수소라는 이름이 붙었습니다. 고밀도, 고에너지 저장 물질인 금속 수소는 이전에는 상온 초전도체가 될 것으로 예상되었습니다.
기존 TNT 폭약의 30~40배에 달하는 엄청난 양의 에너지를 포함하고 있습니다. 2017년 1월 26일, 과학 저널 사이언스(Science)는 하버드 대학교의 실험실에서 금속 수소를 만드는 데 성공했다고 보도했습니다. 하지만 2017년 2월 22일, 취급 실수로 인해 세계 유일의 금속 수소 샘플이 사라졌습니다.
이론적으로 초고압에서 금속 수소를 얻는 것은 확실히 가능하지만, 과학자들이 샘플을 얻으려면 더 많은 연구가 필요합니다. 알려진 대부분의 초전도체는 액체 헬륨(-269°C) 또는 액체 질소(-196°C)로 냉각해야 하므로 초전도 기술 개발에 한계가 있습니다.
화학자와 달리 천문학자들은 수소와 헬륨을 제외한 모든 원소를 금속이라고 부릅니다. 고온 고압 조건에서 기체 상태의 수소는 전도성 금속 수소가 될 수도 있습니다.
예를 들어 목성의 외층은 1000킬로미터의 기체 분자 수소로 이루어져 있으며, 그 아래에는 24,000킬로미터의 액체 분자 수소 층과 45,000킬로미터의 액체 금속 수소 층이 있습니다.
1936년 미국의 과학자 위그너는 수소가 금속으로 변하는 압력을 처음으로 계산하여 이 변형의 임계 압력 범위가 100만 기압에서 천만 기압에 이른다고 제안했습니다.
향후 개발 동향:
초전도성을 나타내는 최대 온도인 금속 수소의 초전도 임계 온도는 -223°C에서 -73°C 사이입니다. 금속 수소는 고체 이산화탄소(-78.45°C) 정도의 온도에서 사용될 수 있으며, 이는 초전도 기술을 크게 발전시킬 수 있는 잠재력이 있습니다.
금속 수소는 고밀도 물질이기 때문에 이를 연료로 사용하면 로켓의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있어 우주 탐사의 획기적인 도약으로 이어질 수 있습니다. 증기 기관의 탄생과 같은 금속 수소의 출현은 과학 기술 분야의 혁명적 시대를 열 것입니다.
금속 수소는 준안정 상태로 존재하며, 뜨거운 이온화 가스를 포함하는 플라즈마를 가두는 '자기 케이지'를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 제어된 핵융합 반응은 원자력을 전기 에너지로 변환하여 값싸고 깨끗한 동력원을 제공할 수 있습니다. 이러한 에너지는 지구에 "태양을 모방한 공장"을 건설할 수 있게 하여 궁극적으로 인류의 에너지 위기를 해결할 수 있을 것입니다.
개요: 초고체는 실제로 초유체와 유사하며, "초유체 + 고체"의 특성을 결합한 초유체적 특성을 지닌 고체 물질을 의미합니다. 간단히 말해, 초고체는 결정 상태의 전형적인 질서 정연한 원자 배열을 유지할 뿐만 아니라 초유체처럼 마찰 없이 흐르기도 합니다.
극저온에서는 초고체 결정 구조 내의 빈 공간이 뭉쳐서 물질 전체에 자유롭게 흐를 수 있습니다. 고체 물체를 초고체 한쪽의 빈 공간에 놓으면 마치 벽을 통과하는 것처럼 자유롭게 움직이면서 이 빈 공간과 함께 초고체를 가로지르게 됩니다.
미래 트렌드: 이 새로운 물질 상태는 극저온과 초고진공 조건에서만 존재할 수 있기 때문에 당분간은 널리 적용하기 어렵습니다. 하지만 이 역설적인 물질 상태에 대한 깊은 이해는 초유체와 초전도체 특성에 대한 이해를 높여 초전도 자석, 초전도 센서, 에너지 전송과 같은 산업을 크게 발전시킬 수 있습니다.
미래에는 초고체의 빈 공간이 초유체처럼 나머지 고체 내에서 방해받지 않고 움직일 수 있는 일관된 실체가 될 것입니다. 보스-아인슈타인 응축물은 원자의 양자 특성이 극도로 두드러져 파동과 같은 거동을 보이는 초저온에서 발생하는 특이한 물질 상태입니다.
개요:
나무를 화학적으로 처리하여 헤미셀룰로오스와 리그닌을 제거하여 만든 우드 스펀지는 물에서 기름을 흡수하는 데 탁월합니다. 자기 무게의 16~46배까지 기름을 흡수할 수 있으며 최대 10회까지 재사용할 수 있습니다. 이 혁신적인 스펀지는 용량, 품질, 재사용성 측면에서 현재 사용 중인 다른 모든 스펀지와 흡수제를 능가합니다.
향후 개발:
기름과 화학물질 유출은 전 세계 수역에 전례 없는 혼란을 야기했습니다. 바다를 정화하기 위한 친환경 솔루션인 나무 스폰지는 이 문제를 해결할 수 있는 효과적인 수단을 제시합니다.
개요:
시공간 결정이라고도 하는 타임 크리스탈은 공간과 시간 모두에서 주기적인 구조를 나타내는 4차원 결정입니다. 일반적으로 우리는 물질의 세 가지 기본 상태인 고체, 액체, 기체를 접하게 됩니다.
그러나 과학이 발전하면서 물질 상태의 개념은 플라즈마, 보즈-아인슈타인 응축물, 초임계 유체 등을 포함하도록 확장되었습니다. 시간 결정은 물질의 새로운 상태이자 시간적 병진 대칭을 깨는 비평형 상태를 나타냅니다.
시간 결정의 개념은 2012년 노벨상 수상자인 프랭크 윌첵이 처음 제안했습니다. 우리는 얼음이나 다이아몬드와 같은 3차원 결정, 즉 공간에 미세한 입자가 주기적으로 배열되어 기하학적으로 대칭을 이루는 구조에 익숙합니다.
윌첵은 학생들을 가르치면서 3차원 결정의 개념을 4차원 시공간 영역으로 확장하여 물질이 시간에 따라 주기적인 배열을 나타낼 수 있는지 고민했습니다.
즉, 시간 결정은 서로 다른 시간에 상태가 바뀌며 이러한 변화는 주기적으로 일어납니다. 예를 들어, 타임 크리스탈은 1초에는 설탕, 그 다음에는 흑설탕이 되었다가 3초가 지나면 다시 설탕으로 돌아갈 수 있습니다.
미래 트렌드:
2021년 9월에는 노먼 야오, 베디카 케마니, 도미닉 엘스, 마사키 와타나베 등 4명의 이론 과학자가 공동으로 '기초 물리학 돌파구상'을 수상하며 이산 시간 결정이라는 새로운 분야에 대한 폭넓은 인정을 받게 되었습니다.
2021년 말, 구글의 양자 컴퓨팅 팀이 수행한 이산 시간 결정 실험은 미국 물리학회(APS) 물리학 및 물리학 연구소(IOP) 물리학 월드에서 올해 최고의 물리학 혁신 중 하나로 선정되었습니다.
이산 시간 결정에 대한 연구는 주기적으로 구동되는 시스템, 다체 국소화, 전열화 및 양자 열화 과정에 대한 이해를 혁신적으로 발전시켰습니다. 또한 다양한 분야의 광범위한 연구자들이 이 분야를 탐구하도록 장려했습니다.
이산 시간 결정의 진화는 과학적 탐구가 종종 반박과 엄격한 학문적 논쟁이 필요한 까다로운 과정임을 보여줍니다. 과학적 발견의 영역에서 통찰력 있는 오류는 새로운 아이디어를 품고 있을 수 있기 때문에 평범한 진리보다 더 가치가 있습니다.
타임 크리스탈은 양자 컴퓨팅 기술의 급속한 발전으로 인해 모호함 대신 빠른 속도로 발전할 수 있었습니다.
소개:
캐나다의 생명공학 회사인 하이퍼스테스 바이오테크놀로지(Hyperstealth Biotechnology)는 "퀀텀 스텔스"(보이지 않는 직물)로 알려진 첨단 소재를 개발했습니다. '퀀텀 스텔스 위장막'이라고 불리는 이 직물은 빛의 파장을 굴절시켜 투명성을 구현합니다.
미래 트렌드:
이 소재는 투명 망토를 만드는 데 사용되어 전장에서 병사들이 은폐를 통해 고난도 임무를 수행하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 이 회사의 CEO인 가이 크레이머는 다음과 같이 말했습니다: "'퀀텀 스텔스' 소재는 특수부대가 대낮에 급습을 수행하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 예상치 못한 위험에 직면했을 때 병사의 탈출을 용이하게 할 수 있습니다.
또한 이 소재는 차세대 스텔스 항공기, 잠수함, 탱크에 적용되어 진정한 투명성을 구현하고 군대가 보이지 않는 적을 공격할 수 있게 해줄 수 있는 잠재력이 있습니다."
개요: 폴리머와 물로 구성된 이 소재는 전도성이 있으며 항상 촉촉한 상태를 유지합니다.
향후 전망: 향후 이 소재는 생체 모방 기능을 갖춘 인공 피부와 유연한 로봇을 만드는 데 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
소개:
전이 금속 디칼코게나이드(TMDC)는 단순한 2차원 구조를 가지고 있으며 그래핀과 동등한 수준의 매우 혁신적인 소재입니다. 일반적으로 전이 금속 원소 M(몰리브덴, 텅스텐, 니오븀, 레늄, 티타늄 등)과 칼코겐 원소 X(황, 셀레늄, 텔루륨 등)로 구성됩니다.
상대적으로 저렴한 비용과 매우 얇고 안정적인 층으로 제작이 용이하다는 점, 그리고 반도체적 특성으로 인해 TMDC는 광전자 분야에서 이상적인 소재로 부상하고 있습니다.
향후 개발 동향:
전자와 정공을 TMDC에 주입하면 전자와 정공이 만나면 재결합하여 광자를 방출합니다. 이러한 광자-전자 변환 능력은 소형 저전력 광원이나 레이저로 사용될 수 있는 광학 정보 전송 영역에서 TMDC의 잠재력을 보여줍니다.
TMDC는 또한 다양한 2차원 재료와 결합하여 격자 불일치 문제를 최소화하면서 헤테로 접합을 만들 수 있습니다. 이러한 이종 접합 광 소자는 더 넓은 스펙트럼 범위에서 우수한 성능을 발휘할 것으로 기대됩니다.
개요:
극저온 비등 물질은 열 비등 물질과 반대로 작동하는 물질로, 온도가 낮아질수록 고체에서 액체, 기체로 전환됩니다. 이러한 재료는 고온 및 주변 온도에서 고체로 유지되며 온도가 상승함에 따라 강도가 증가하여 섭씨 10,000도를 초과하는 온도에서도 견딜 수 있습니다.
극저온 물질은 -121°C에서 액화되고 -270°C에서 기체로 변합니다. 극저온 비등 물질은 슈퍼 소재로 간주됩니다. 현재 개발 중인 최첨단 고온 내성 및 초전도 소재와 비교했을 때 우수한 고온 내성 및 초전도성을 나타냅니다.
불활성 열 비등 재료에 도핑하면 극저온 비등 재료의 저온 및 초저온 강도를 강화하여 더 넓은 온도 범위에서 탁월한 강도를 제공할 수 있습니다.
극저온 금속 재료는 상온에서 초전도 특성을 나타내므로 고비용의 저온 환경이 필요하지 않습니다. 따라서 연구 및 실제 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 지니고 있습니다.
향후 개발 동향:
업계 분석가들은 극저온 비등 물질이 항공우주, 슈퍼기계, 전자 기기 분야에서 널리 사용될 수 있다고 말합니다. 예를 들어, 항공우주 분야에서 이러한 소재는 우수한 성능의 엔진과 우주선 껍질을 제조하는 데 사용될 수 있습니다.
이 제품은 고속 이동으로 인해 발생하는 극한의 온도에서 부품이 초고경도를 유지하면서 우주의 추위와 극한 환경에서도 효과적으로 작동해야 하는 제3의 우주 속도 이상의 속도로 여행하는 우주선에 이상적입니다.
극저온 비등 물질은 항공우주 산업에서 기술 혁명을 일으킬 수 있습니다. 그러나 달에서 이러한 물질을 합성하거나 추출하는 데는 상당한 어려움이 있으며, 이를 적용하기까지는 먼 길이 남아 있습니다.
소개:
자기 유체, 강유체 또는 간단히 자기 유체라고도 하는 자기 유체학 유체는 액체의 유동성과 고체 자석의 자기 특성을 결합한 혁신적인 기능성 소재입니다. 나노미터 크기의 자성 고체 입자, 캐리어 액체, 계면활성제로 구성된 이 안정적인 콜로이드 액체는 정지 상태에서는 자기 인력을 나타내지 않습니다.
하지만 외부 자기장에 노출되면 자성을 띠는 특성을 보입니다. 이러한 독특한 특성으로 인해 광범위한 응용 분야와 중요한 학술적 가치를 지니고 있습니다.
나노메탈 및 합금 분말로 생산된 자기 유체는 우수한 성능을 발휘하며 자기 유체 씰, 댐핑 시스템, 의료 기기, 음향 변조, 광학 디스플레이, 자기 유체 분리 공정 등 까다로운 환경에서 광범위하게 사용됩니다.
미래 트렌드:
최근 몇 년 동안 항공우주, 방위, 의료, 운송 등 새로운 영역에서 자기물리학적 재료의 응용 분야에서 수많은 과학적 혁신이 이루어지고 있습니다. 기술이 발전함에 따라 이러한 응용 분야가 확대되고 있으며 관련 과학 및 기술 전문 지식에 대한 수요도 꾸준히 증가하고 있습니다.
자기유체는 미래 발전 가능성이 가장 높은 소재 중 하나로 인정받으며 국제적인 주목을 받고 있습니다.
중국은 다른 나라보다 늦게 자기유체학 연구 분야에 뛰어들었지만 빠르게 성장하고 있습니다. 영국과 미국 등 선진국이 보유하고 있던 고급 응용 기술에 대한 독점력이 점차 줄어들고 있는 가운데, 앞으로 자기유체 재료 연구 분야의 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 예상됩니다.
소개:
이 코팅 재료는 산업용 드릴 및 보링 공구용으로 특별히 설계된 철 기반의 유리질 합금으로, 고하중 하에서 파손에 대한 저항력을 높여줍니다. 텅스텐 카바이드-코발트 경질 합금과 같은 기존 소재보다 훨씬 더 비용 효율적이며 수명이 길어 터널링 효율도 향상됩니다.
미래 트렌드:
이 소재는 향후 제조 및 건설과 같은 산업 분야에서 잠재적으로 응용될 수 있습니다.
개요:
엄청난 자기 저항, 높은 이온 전도도, 전기 촉매 특성 및 산화 환원 활성으로 잘 알려진 페로브스카이트 나노닷은 광 흡수, 저장, 촉매 및 감지 분야에서 응용할 수 있는 방대한 잠재력을 지니고 있습니다.
페로브스카이트는 결정 구조 물질로, 새로운 종류의 기능성 소재입니다. 현재 페로브스카이트는 안정성 문제가 개발의 큰 걸림돌로 작용하고 있습니다. 그러나 새로운 페로브스카이트 구조에 대한 연구가 진행되면서 페로브스카이트 나노닷에 상당한 관심이 쏠리고 있습니다.
미래 트렌드:
시장조사 네트워크가 발표한 '중국 페로브스카이트 나노닷 시장 발전 현황 및 산업 전망 예측 연구 보고서'에 따르면, 호주 퀸즐랜드 공과대학교(QUT) 연구팀은 사람의 머리카락으로 만든 페로브스카이트 나노닷을 태양전지에 접목하고 있습니다.
이러한 나노닷은 페로브스카이트 표면에 보호막을 형성하여 다양한 외부 요인으로부터 물질을 보호하고 안정성을 높이며 광전 변환 효율을 향상시킵니다. 이는 생산 비용도 절감할 수 있습니다.
이러한 발전은 페로브스카이트 태양전지의 대규모 개발에 매우 중요하며, 이는 페로브스카이트 나노닷의 유망한 미래를 시사합니다.
소개:
마이크로 격자 금속은 작은 속이 빈 튜브가 서로 연결되어 구조를 이루는 것으로, 각 튜브의 직경은 약 100마이크로미터, 벽 두께는 100나노미터에 불과합니다. 속이 비어 있는 특성으로 인해 금속의 내부는 99.99%의 공기로 구성되어 있습니다.
이 금속은 주로 가벼운 공기로 구성되어 있어 민들레 위에 올려놓거나 높은 곳에서 깃털처럼 바닥에 뜰 수 있습니다. 많은 사람들이 이렇게 가벼운 금속의 강도에 의문을 제기하며 매우 약할 것이라고 의심할 수 있습니다. 하지만 그렇지 않습니다. 미세 격자 금속은 매우 강하고 높은 수준의 압축 강도를 지니고 있습니다.
향후 개발 동향:
배터리 전극과 촉매 운반체로서 미세 격자 금속은 항공 및 우주선 제조의 미래를 혁신적으로 변화시킬 것입니다. 미세 격자 금속은 NASA의 심우주 탐사 차량의 무게를 40%까지 줄일 수 있어 향후 화성 및 그 너머로 향하는 탐사 임무에 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
개요:
주석 원자의 단일 층이라고도 불리는 스타넨은 그래핀과 유사한 2차원 벌집 구조를 가진 신개념 양자 물질입니다. 결정 구조는 다이아몬드와 같은 알파주석을 기반으로 하며, 층이 없는 구조로 인해 기계적 박리를 통해 생산할 수 없어 생산 기술 장벽이 매우 높습니다.
스타넨은 그래핀, 실리콘, 게르마늄 등 다른 2차원 물질에 비해 결합이 길고 전기 전도성이 뛰어나 상온에서 100.0%의 전기 전도도를 달성할 수 있는 세계 최초의 슈퍼 소재가 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.
미래 트렌드:
업계 분석가들은 스타넨이 떠오르는 2차원 소재로서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있다고 말합니다. 연구 개발 기술의 지속적인 혁신과 획기적인 발전으로 스타넨의 응용 범위가 확대될 것으로 예상되며, 업계는 상업적 발전을 이룰 것으로 보입니다.
스타넨 산업의 기술 장벽은 높으며, 최근 몇 년 동안 수많은 중국 연구팀이 스타넨 소재 연구에서 상당한 진전을 이루며 산업 성장에 긍정적인 영향을 미치고 있습니다.
개요:
분자 슈퍼 글루는 옥스퍼드 대학교 생화학과 마크 하워스와 그의 연구팀이 2013년에 발견한 접착제로, 박테리아 스트렙토코커스 파이오제네스가 세포 침입 시 방출하는 단백질에서 추출한 것입니다.
스트렙토코커스 파이오제네스가 방출하는 단백질에서 영감을 얻은 이 접착제는 두 가지 단백질 성분으로 만들어져 분리되었다가 접촉하면 접착제처럼 다시 결합합니다. 분자 슈퍼 접착제로 알려진 이 접착제는 높은 결합 강도, 극한 온도에 대한 탁월한 내성, 산성 및 기타 열악한 환경에서의 복원력을 자랑합니다.
향후 전망:
분자 슈퍼 글루는 금속, 플라스틱 및 기타 다양한 물질과 결합할 수 있어 기존 코팅과 금속 간의 접착력이 떨어지는 일반적인 문제를 극복하고 암 진단에 응용할 수 있는 잠재력이 있습니다.
소개:
21세기에 등장한 용어인 메타물질은 기존 소재에서 볼 수 없는 특별한 물리적 특성을 지닌 특수 복합 소재 또는 구조물을 의미합니다. 이는 주요 물리적 치수의 질서 정연한 구조 설계를 통해 달성됩니다.
메타물질은 물리학, 화학, 광전자공학, 재료과학, 반도체 과학, 장비 제조 등 다양한 분야와 교차하며 전략적 중요성을 지닌 글로벌 연구의 최전선에 자리 잡고 있습니다.
저명한 학술지 사이언스(Science)는 메타물질을 금세기 첫 10년간의 10대 과학 발전 중 하나로 선정했으며, 머티리얼즈 투데이(Materials Today) 매거진도 지난 50년간 재료 과학 분야에서 가장 중요한 10대 혁신 중 하나로 꼽았습니다.
미래 트렌드:
메타물질은 무한한 잠재력을 지닌 신소재로 떠오르고 있습니다. 그러나 진정한 대규모 산업화까지는 아직 멀었으며 아직 극복해야 할 과제도 많습니다. 이러한 과제들은 메타물질의 주류 연구를 이끌고 이 분야에서 더 많은 기술적 혁신과 성과로 이어질 것입니다.
개요:
양자는 물질과 에너지의 가장 작은 기본 단위를 나타내는 현대 물리학의 필수 개념입니다. 양자 금속은 가장 작은 입자 단위로 구성된 금속으로, 독특한 2차원 물질입니다. 양자 금속은 일반 금속의 특성과 절연성 및 초전도 특성을 동시에 지니고 있습니다.
적당한 자기장에서는 양자 금속으로 작동하고 강한 자기장에서는 절연체로 전이되며 -272°C 이하에서는 초전도체가 됩니다. 이는 양자 금속의 이중 차원 상태에 대한 연구의 잠재력을 보여줍니다.
미래 트렌드:
업계 분석가들은 초전도가 양자 금속 연구의 중요한 방향이라고 지적합니다. 임계 온도 이하에서 전기 저항이 0인 초전도체는 손실 없이 전기를 전송할 수 있으며 전자, 통신, 전력, 운송, 의료, 원자력 산업, 항공우주 등 다양한 분야에서 폭넓게 응용되고 있습니다.
2021년 전 세계 초전도체 시장 규모는 약 1조 4,760억 달러에 달하며 성장세를 이어가고 있습니다. 초전도체는 저온 초전도체와 고온 초전도체로 분류할 수 있으며, 전자가 지배적인 위치를 차지하고 있으며 강력한 개발 모멘텀을 가지고 있습니다. 양자 금속은 저온 초전도의 일종으로 연구와 응용 분야에서 상당한 가치를 지니고 있습니다.
소개:
2차원 물질인 붕소 그래핀은 원소인 붕소로 구성된 그래핀과 유사한 단층 평면 원자 구조입니다. 이 얇은 필름은 원자 한 개 두께에 불과합니다.
인공적으로 합성된 붕소 그래핀은 다양한 구조를 가지며 독특한 특성을 가지고 있고 특히 뛰어난 전자적 특성 등 많은 금속적 특성을 나타낼 것으로 예상됩니다. 이는 새로운 차원의 2차원 물질을 나타냅니다.
미래 트렌드:
업계 분석가들은 산업의 기술 발전을 이끌기 위해 글로벌 시장에서 신소재 연구 및 적용에 대한 관심이 높다고 말합니다.
신소재 연구에 대한 정부와 자본의 투자가 지속적으로 증가하고 있으며, 고성능 신소재 개발과 상용화가 가속화되고 있습니다. 새로운 2차원 물질인 붕소 그래핀은 전자적 특성이 뛰어나 전자, 에너지 등의 산업에서 성장 가능성이 매우 높습니다.
단기적으로는 아직 연구 단계에 있기 때문에 응용 시장이 아직 형성되지 않았습니다. 하지만 장기적으로 보면 그래핀과 비교했을 때 상당한 시장 잠재력을 가지고 있습니다.
개요:
프로그래머블 시멘트는 시멘트 입자의 미세 구조를 관리하여 고밀도 및 낮은 다공성을 가진 특수 콘크리트를 형성하도록 프로그래밍합니다. 이를 통해 콘크리트의 강도, 방수성, 내식성이 향상됩니다.
프로그래머블 시멘트는 혁신적인 하이테크 시멘트입니다. 전반적인 성능이 향상되었을 뿐만 아니라 생산 및 적용 과정에서 환경 피해를 크게 줄일 수 있습니다.
향후 개발 동향:
업계 분석가들은 현재 중국이 미국에 비해 프로그래머블 시멘트 연구에 대한 참여도가 낮다고 지적합니다. 하지만 제조 대국에서 제조 강국으로 전환하고 탄소 중립과 지속 가능한 개발 목표를 달성하기 위해 중국 정부는 고성능 친환경 신소재 연구를 적극적으로 추진하고 있습니다.
앞으로 중국의 신 건축 자재 연구에 대한 투자는 꾸준히 증가할 것으로 예상되며, 프로그래머블 시멘트 연구 성과도 늘어날 것으로 보입니다.
개요:
초박형 백금은 백금 박막을 빠르고 저렴하게 증착하는 새로운 방법으로, 연료전지 촉매에 필요한 금속의 양을 크게 줄여 비용을 크게 낮출 수 있습니다.
향후 전망:
이 소재는 향후 수소 연료 전지와 같은 분야에서 활용될 수 있습니다.
개요:
백금 합금은 백금에 팔라듐, 로듐, 이트륨, 루테늄, 코발트, 오스뮴, 구리 등의 다른 금속을 섞어 만든 합금으로 구성됩니다. 기능성 소재로 온도 측정, 촉매, 전기 접점, 전극 재료, 탄성 재료, 자기 유체 역학 재료 등에 사용됩니다.
온도 측정용 백금 합금은 주로 백금-로듐, 백금-몰리브덴, 백금-코발트 시스템으로 고온에서 높은 열-전기적 안정성과 정밀도를 나타냅니다. 백금-로듐 합금은 고온 산화 저항성과 화학적 안정성이 뛰어납니다.
백금-몰리브덴 합금 열전대는 진공 또는 불활성 대기 및 핵 분야에서의 고온 측정에 사용됩니다. 저항 온도계에 사용되는 백금-코발트 합금은 20K 이상의 높은 정밀도와 감도로 작동합니다.
백금 합금 촉매는 질산 생산을 위한 암모니아 산화 공정에 사용되는 유일한 재료로, 주로 백금-로듐 또는 백금-로듐-팔라듐 합금 메쉬로 구성됩니다.
미래 트렌드:
백금 합금은 고온 스트레인 재료, 정밀 전위차계 권선 재료, 의료 재료, 보석, 화폐 등 다양한 분야에 적용되고 있으며 향후 발전 가능성이 매우 높습니다.
개요:
이름에서 알 수 있듯이 자가 치유 소재는 큰 개입 없이도 손상을 자동으로 복구할 수 있습니다. 이 속성은 물품의 수명을 연장할 뿐만 아니라 안전과 무결성을 보장하는 동시에 유지보수 비용을 절감합니다.
자가 치유 재료에 대한 연구는 1990년대 건축용 콘크리트 분야에서 시작되었습니다. 그러나 2001년에 이르러서야 세계적인 전기화학자인 미국인 스콧 화이트와 그의 연구팀이 Nature에 논문을 발표하면서 상당한 진전이 이루어졌습니다. 이들은 촉매가 포함된 에폭시 수지에 치유제를 채운 마이크로캡슐을 삽입하여 폴리머 자가 치유 소재를 개발했고, 이 분야에 대한 국제적인 관심을 불러일으켰습니다.
미래 트렌드:
자가 치유 기술의 급속한 발전으로 다양한 자가 치유 소재가 건설, 자동차, 항공우주, 항공, 전자 등의 산업에서 폭넓게 활용되고 있습니다. 이러한 소재의 사용은 자원 절약과 지속 가능한 개발의 달성에 큰 의미가 있습니다.
개요:
이 혁신적인 코팅은 유리의 투명도를 스스로 조절할 수 있습니다. 67°C 이상의 온도에서는 이 투명 코팅이 거울처럼 마감된 반사 표면으로 변해 햇빛을 반사합니다.
향후 전망:
이 소재는 건설, 운송 및 기타 분야에서 잠재적으로 활용될 수 있습니다.
개요:
생체 모방 소재는 살아있는 유기체의 다양한 특성이나 특징을 모방하기 위해 개발되었습니다. 생체 시스템의 작동 방식과 생물학적 물질의 구조적 원리를 모방하도록 설계 및 제조된 인공 물질을 생체 모방 물질이라고 합니다.
생체 모방 플라스틱은 엔지니어링 플라스틱보다 훨씬 뛰어난 강도를 가질 뿐만 아니라 뛰어난 인성과 균열 전파에 대한 저항성을 보여줍니다. 생체 모방 플라스틱은 -130°C~150°C의 온도 범위 내에서 치수 변화가 최소화되며 상온에서 열팽창 계수는 기존 플라스틱의 10분의 1에 불과합니다.
미래 트렌드:
우리나라의 도시화가 가속화되면서 사회 안정과 도시 보안에 관한 문제가 점점 더 대두되고 있습니다. 생체 모방 플라스틱 기술은 인프라 개발의 핵심 원동력입니다. 따라서 사회 경제 및 정보 기술이 더욱 발전함에 따라 생체 모방 플라스틱의 적용은 앞으로 새로운 트렌드가 될 것입니다.
소개:
광자 결정은 이온 격자가 고체에서 전자에 영향을 미치는 것과 매우 유사한 방식으로 광자의 움직임에 영향을 미치는 주기적인 광학 나노 구조입니다. 자연적으로 발생하여 구조적 착색과 동물 반사판으로 나타나며, 다양한 형태의 다양한 응용 분야에 대한 잠재력을 지니고 있습니다. 매력적인 광학 재료인 광결정은 빛의 흐름을 제어하고 조작하는 데 사용됩니다.
미래 트렌드:
1차원 광결정은 이미 박막 광학 분야에서 널리 활용되고 있으며 렌즈와 거울의 반사 방지 및 고반사 코팅부터 색을 바꾸는 페인트와 잉크에 이르기까지 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 고차원 포토닉 크리스탈은 기초 연구와 응용 연구 모두에서 큰 관심을 받고 있으며, 2차원 구조는 상업적 응용이 시작되고 있습니다.
2차원 주기적 광결정과 관련된 상용 제품은 비선형 장치에 사용되는 기존 섬유가 유도하는 것과 근본적으로 다른 특성을 가진 빛을 가두고 특이한 파장을 유도하기 위해 마이크론 규모의 구조를 사용하는 광결정 섬유의 형태로 등장했습니다.
3차원 트랜지스터는 아직 상용화까지는 멀었지만, 제조 가능성이나 주요 난제 등 특정 기술적 측면을 극복하면 광학 컴퓨터에 사용되는 광 트랜지스터를 작동하는 데 필요한 광학적 비선형성과 같은 추가 기능을 제공할 수 있습니다.
개요:
내식성 세라믹 소재는 고온 구조용 소재 분야에서 매우 유망한 발전입니다. 녹는점이 높아 용광로 및 고온 가마 튜브와 같은 응용 분야에서 우수한 내화 재료로 사용됩니다. 이러한 세라믹 중 구조용 재료로 분류되는 세라믹은 주로 강도, 경도, 인성과 같은 기계적 특성으로 구성됩니다.
금속은 구조용 재료로 광범위하게 사용되어 왔지만 고온에서 부식 및 산화에 취약하기 때문에 이러한 조건에 적합하지 않습니다. 고온 구조용 세라믹의 등장은 약한 금속 소재의 단점을 해결했습니다. 이 세라믹은 고온, 산화 및 산성 부식에 강합니다.
미래 트렌드:
고온 내식성 세라믹은 단열, 온도 저항, 내식성 및 견고한 기계적 특성을 제공합니다. 고온 세라믹 단열 코팅은 환경 친화성, 효율성, 다기능성을 인정받아 특수 코팅 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
개요:
하이드로세라믹은 물에 담그면 원래 부피의 최대 400배까지 부풀어 오르는 하이드로젤 구슬로 구성된 소재입니다.
미래 트렌드:
이 놀라운 특성으로 인해 구형 구슬은 더운 날씨에 주변 공기 중으로 증발하는 액체를 흡수하여 냉각 효과를 제공합니다.
개요:
무한 재활용 플라스틱은 무한 재활용이 가능한 플라스틱을 말합니다. 무한 재활용 플라스틱은 기존 플라스틱에 비해 재가공이 가능하여 플라스틱 제품의 환경 유입으로 인한 피해를 방지할 수 있어 환경적으로도 큰 이점을 제공합니다. 생분해성 플라스틱과 달리 무한 재활용 플라스틱은 자연에서 분해되지 않고 재사용이 가능하여 경제적 가치도 상당합니다.
향후 개발 동향:
무한 재활용이 가능한 플라스틱은 지속 가능한 개발 전략의 맥락에서 광범위한 시장 전망을 가지고 있습니다. 업계 분석가들은 현재 일반 플라스틱이 생태적, 경제적 가치와 관련하여 다양한 문제에 직면해 있다고 지적합니다. 무한 재활용이 가능한 플라스틱은 이러한 문제를 최대한 해결하고 다양한 제품 제조에 있어 기존 플라스틱을 대체할 수 있습니다.
소개:
4D 프린팅에 사용되는 주요 재료는 폴리머입니다. 2014년에 과학자들은 착용자의 체형과 움직임에 따라 자동으로 조절되는 드레스로 제작할 수 있는 장력에 민감한 폴리머 섬유를 개발했습니다.
미래 트렌드:
스마트 소재는 4D 기술의 핵심입니다. 하지만 이 분야의 연구는 아직 초기 단계이기 때문에 폴리머를 중심으로 시장에 출시할 수 있는 성숙한 소재는 몇 가지에 불과합니다. 이는 기회와 도전 과제를 동시에 제시합니다. 현재 연구의 핵심 분야는 세라믹, 금속, 생물학적 물질 및 복합 재료의 인쇄 재료로서의 잠재력을 조사하는 것입니다.
개요:
이 섬세하고 매끄러운 폴리머를 피부에 바르면 즉각적으로 탄력을 주고 리프팅하여 주름을 손쉽게 지워줍니다.
향후 전망:
이 소재는 스킨케어 제품 개발과 피부 질환 치료에 큰 가능성을 가지고 있습니다.
AI 기술은 주로 다음과 같은 측면을 통해 고성능 소재의 개발 프로세스를 가속화합니다:
모델링 정확도와 새로운 함수 생성 기능이 향상됩니다: AI 재료 과학의 핵심 혁신은 알고리즘 최적화, 특히 딥러닝 기술의 적용에 있습니다. 이를 통해 모델링의 정확도가 크게 향상되어 신소재의 성능과 기능을 보다 정확하게 예측할 수 있습니다.
머티리얼 게놈 이니셔티브: AI 기술은 신소재 혁신을 위한 인프라를 구축함으로써 소재의 연구 개발부터 적용까지의 속도를 최소 두 배 이상 높이고 비용은 절반으로 줄일 수 있습니다. 이 과정에서 데이터베이스 구축은 소재 유전체 공학의 초석을 제공하는 핵심 요소입니다.
높은 처리량, 자동화된 지능형 실험: AI 기술은 재료 실험의 높은 처리량, 자동화, 지능화를 촉진했습니다. 이는 실험의 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 이론 시뮬레이션과 실험 데이터의 심층적인 통합을 촉진하여 새로운 재료의 설계 및 최적화를 안내합니다.
빅데이터와 머신러닝 방법의 결합: AI 기술로 구축한 고정밀 함수 및 심층 전위와 높은 처리량 계산을 결합한 머신러닝 방식으로 위상 절연체, 촉매 물질, 2차원 물질 등과 같은 첨단 소재를 예측할 수 있습니다.
'병목 현상' 문제 해결: AI 기술, 특히 빅데이터 기술을 기반으로 한 연구는 재료 과학 분야의 어려운 문제를 해결하는 데 효과적인 수단을 제공하여 신소재 개발 과정을 가속화합니다.
재료 정보학의 응용: 재료 정보학 연구에 AI를 효율적으로 사용하여 물성 예측을 통해 재료 개발을 발전시키는 것은 재료 과학 분야에서 AI의 혁신적인 방법의 중요한 측면입니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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