Yano E plus 2019년 6월호(NO.135)
토픽
Materials Integration 동향
왜 지금 M·Integ인가?
재료개발의 어려움
M·Integ의 특징은 다양한 데이터를 시간의 스케일과 공간의 스케일을 고려하여 처음부터 마지막까지 일관해서 연결하는 점이다.
재료개발의 어려움은 우선 「어떤 구조로 어떤 조직의 재료를 만드는가」라는 구조와 조직의 문제가 전제로 있다. 또, 「어떤 제작방법을 쓸 것인가, 혹은 어떤 열적·전기적·역학적 특성 등을 가지게 될 것인가」라는 특성의 문제가 있다. 그리고 최종적으로는 실제환경에서 사용될 때의 퍼포먼스가 중요하게 된다.
그 중에서도 기능재료와 구조재료에서 피로, 크리이프, 응력 부식 등 시간에 의존하는 파괴현상은 번거로운 문제이다. 동시에 코스트, 환경 등 전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA)와 리사이클 문제 등을 고려할 필요도 있다.
또, 희소자원인 희토류를 어떻게 서플라이 체인할 것인가, 혹은 다른 재료로 대체할 수 있는가라는 원소전략도 필요한 시점이다.
이와 같이 복층적인 문제가 겹겹이 겹치며 연관되고 있는데 재료개발의 어려움이 있다고 할 수 있다.
내용목차
《차세대 전지 시리즈》
●차세대 전지 시리즈(7) 다가 이온전지의 현상과 전망 (3~30 페이지)
~래미네이트형 Mg이차전지가 등장해, 고용량 제품도 2023년경에 실현될 전망.
기타 다가 이온전지도 실용화가 앞당겨질 가능성이 크다∼
1. 머리말
1-1. 다가 금속은 용량 밀도가 매우 크다
【표1. 주요 금속 원소의 이온의 가수】
【표2. 각종 금속의 축전지 음극으로서의 특성】
1-2. 삽입·이탈 반응과 용해석출 반응
【그림1. 인터칼레이션 반응의 이미지도】
1-3. 고성능 전기분해액으로 음극 반응이 크게 개선
【그림2. Mg금속계 음극의 용해석출 반응을 표시한 그래프와 석출한 Mg 전현상】
【표3. 다가 이온전지의 이점과 개선 과제】
2. 주요 전지의 개발 동향과 시장화 전망
2-1. 마그네슘 이차전지의 현상
(1) 전기분해액의 개발 동향
(2) 양극재의 개발 동향
【표4. ALCA-SPRING의 Mg이차전지 프로젝트에 의한 신개발 양극재 개요】
2-2. 기타 다가 이온전지의 개발 동향
(1) 칼슘 이차전지
【그림3. Ca이차전지의 삽입 이탈 반응형 양극재에 적절한 결정 구조】
(2) 알루미늄 이차전지
【그림4. 새로운 Al이차전지용 유기 전기분해액에 의한 전극 반응과 석출한 Al의 전현상】
2-3. 다가 이온전지의 시장화 전망
【그림5. SAITEC의 Mg축전지 프로토타입(래미네이트형과 코인형)】
【도표1. 다가 이온전지의 초기 시장의 전망(금액：2018-2030년 예측)】
3. 주목 기업·연구기관의 대응
3-1. 마그네슘 이차전지 관련
(1) FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation 주식회사
【그림6. 「Maglution®」에 의한 Mg이차전지의 연구 영역의 확대(오른쪽 그림)】
【그림7. 「Maglution® B02」에 의한 용해·석출(왼쪽) 시작전지(Mo6S8 양극)의 충방전 곡선(오른쪽)】
(2) 사이타마현립 산업기술종합센터(SAITEC)
【그림8. SA피막과 충방전 전위(왼쪽：SA피막미형성, 오른쪽：SA피막 형성)】
【표5. SAITEC의 MgB 개발 체제와 상용화의 로드맵】
(3) 학교법인 도쿄이과대학 이공학부첨단화학과(이데모토연구실)
【그림9. MRB용 신개발 스피넬형 양극재(MgCo1. 5-1. 6Mn0. 4-0. 5 O4)의 특성】
【그림10. MRB용 신개발 층상 암염형 양극재(Li.1-X(Mn,Ni,Co) O2)의 특성】
3-2. 기타 다가 이온전지 관련
(1) 공립대학법인 오사카부립대학대학원 공학연구과(전기화학그룹)
【그림11. 신개발 전기분해액의 석출 용해 반응(CV도)과 석출 Al의 주변 피막)】
(2) 국립대학법인 토요하시기술과학대학 전기·전자정보공학계(사쿠라이·이나다연구실)
【그림12. 전기분해액에 대한 수소 첨가가에 의한 CIB 양극 충방전 특성의 변화(과전압의 감소)】
【그림13. 물 첨가에 의한 CIB 전기분해액의 구조 변화】
《차세대 시장 트렌드》
●차세대 첨단 디바이스 동향(2) 자체조직화 디바이스 (31~62 페이지)
~기존 리소그래피보다 고밀도·고정밀 패턴 형성이 가능해져,
일렉트로닉스를 비롯한 혁신기술로 주목되고 있다!~
1. 자체조직화란
2. 자체조직화 프로세스의 개요
3. 자체조직화 디바이스의 응용 사례
3-1. 반도체 미세 패턴
3-2. 반사 방지 필름
3-3. 시야각 확대 필름
3-4. 퀀텀닷 레이저
3-5. 메조포러스 실리카(mesoporous silica)
3-6. 에어 갭
3-7. 벌집 구조
3-8. 생체 분자의 모방
4. 자체조직화 디바이스의 시장규모 예측
【도표1. 자체조직화 디바이스의 일본국내 및 WW시장규모 예측(금액：2020-2040년 예측)】
【도표2. 자체조직화 디바이스의 응용분야별 WW시장규모 예측(금액：2020-2040년 예측)】
5. 자체조직화 디바이스에 관한 월드와이드 동향
5-1. 미국
5-2. 유럽
5-3. 일본
6. 자체조직화 디바이스에 관련하는 기업·연구기관 대응 동향
6-1. 국립대학법인 오사카대학
(1)π공액계 단분자 사슬의 형성과 전기전도 제어
(2) 국재화 표면 플라스몬 공명 바이오 센싱 플레이트의 개발
6-2. 국립대학법인 규슈대학
(1) 2D바이오 인터페이스에 의한 동물세포의 배열 제어
【그림1. 세포 배열 제어의 모식도】
(2) TLR2를 통해 세포를 직접 활성화하는 바이오 인터페이스의 개발
【그림2. TLR2를 통해 세포를 직접 활성화하는 바이오 인터페이스】
6-3. 국립대학법인 교토대학
(1) 물질 복합계의 비선형 거동 및 고기능 발현 기구에 관한 연구
(2) GPCR로 대표되는 막단백질의 내열화를 초래하는 아미노산 치환의 이론적 예측
(3) 생체계에서 자체조직화 및 질서화 과정의 통일적 이해
6-4. 국립대학법인 구마모토대학
(1) 분자간 수소결합에 유래한 2차원 네트워크 구조의 발현
【그림3. 트라이메스산과 멜렘에서 자발 형성한 수소결합 유래 2차원 패턴 구조】
(2) 고액계면을 반응장으로 한 공유결합성 2차원 폴리머 구축
【그림4. (상)고액계면을 반응장으로 한 공유결합성 자체조직화 구조 형성의 모식도
(하) 자체조직적으로 형성한 직선 모양, 2차원 네트워크 모양 폴리머의 STM상】
(3) 아세트산분위기 하에서의 원위치 재결정화법에 따르는 SURMOF 나노시트의 구축
【그림5. 재결정화 조건 차이로 발생하는 TPA-Cu계 SURMOF 나노시트 구조의 바리에이션(AFM상)】
(4) 화학액상성장 －2차원 구조로부터 3차원 구조로
【그림6. 화학액상성장 유기 폴리머 박막의 다양한 형태 사례(나노월 구조)】
6-5. 국립대학법인 신슈대학
6-6. 국립대학법인 지바대학
(1) 자체조직화를 이용한 새로운 구조에 의한 태양전지 등 유기 디바이스 구축
【그림7. 2가지 화합물의 자체조직화의 개략도(왼쪽에서 오른쪽으로 자체조직화의 계층이 오른다)】
(2) 토폴러지를 가진 초분자 폴리머의 창제와 응용
【그림8. 나선을 형성하는 초분자 폴리머】
6-7. 국립대학법인 도호쿠대학
6-8. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1) 액상π공액분자의 신기 자체조직화 기법
【그림9. π공역계 분자(알킬화 C60, 1)의 자체조직화 제어 기술의 모식도】
(2) 풀러렌 초분자 폴리모피즘에 관한 연구
【그림10. C60 유도체(345C16C60, 2)의 다양한 분자 집합체에의 가공 사례】
(3) 자체조직성 초발수막에 관한 연구
【그림11. (a) C60 유도체(345C20C60, 3), (b) 3의 플레이크상 마이크로 미립자 SEM상, (c) 디아세틸렌 부위 도입 C60 유도체(345 C27DAC60, 4)의 2분자막 유닛구조 및 그 광중합 모식도, (d) 4의 플레이크상 미립자 SEM상(UV조사 후), (b) 및(d)의 삽입：물 접촉각 사진】
6-9. 국립대학법인 홋카이도대학
【그림12. 불소화 올리고 에틸렌글리콜을 포함한 표면 리간드 분자의 구조와 Au나노 입자의 자체조직화 모식도】
6-10. 학교법인 와세다대학
【그림13. 유동층법에 따르는 고순도·길이가 긴CNT의 고수율 합성법의 모식도(왼쪽)와 실제 사진(오른쪽)】
【그림14. CNT 베이스의 LIB의 모식도(왼쪽)와 조직 사진(오른쪽)】
7. 자체조직화 디바이스의 장래 전망
●Materials Integration 동향 (63~87 페이지)
~요구된 성능의 구조재료를 단기간에 설계·제조하는 수법
차세대 효율적인 개발툴이 될 수 있는 것으로 기대되고 있다!~
1. Materials Integration과 Materials Informatics
2. 왜 지금 M·Integ인가?
2-1. 재료 개발의 어려움
2-2. 재료를 잘 다루려면 M·Integ가 열쇠가 된다
2-3. 재료개발의 정문제와 역문제
3. M·Integ의 주요 대상 분야
3-1. 구조재료
3-2. 고분자 재료
4. M·Integ의 시장규모 예측
【도표1. M·Integ의 일본국내 및 WW시장규모 예측(금액：2020-2040년 예측)】
【도표2. M·Integ의 대상 분야별 WW시장규모 예측(금액：2020-2040년 예측)】
5. M·Integ의 월드와이드 동향
5-1. 미국
5-2. 유럽
5-3. 일본
【그림1. 재료 개발의 어프로치】
【그림2. SIP 「통합형 재료개발 시스템에 의한 Materials 혁명」의 부감】
【그림3. SIP에 의한 M·Integ 프로젝트의 개념도】
6. M·Integ에 관련하는 기업·연구기관의 대응 동향
6-1. 학교법인 고가쿠인대학
(1) 계산화학의 멀티스케일화
【그림4. M·Infom과 계산화학을 융합시킨 어프로치】
(2) M·Infom의 예측 신뢰성 향상
【그림5. 멀티스케일 수법으로 계산화학을 이용한 M·Infom】
(3) 계산 데이터의 유효 활용
【그림6. M·Infom 이용에 의한 복합계 스펙트럼 이론평가의 효율화 사례】
6-2. 국립연구개발법인 산업기술종합연구소
6-3. 국립대학법인 도호쿠대학
6-4. 주식회사 히타치제작소
【그림7. 재료데이터 분석 지원 서비스의 모식도】
【그림8. 재료데이터 분석 환경제공 서비스의 모식도】
6-5. 국립대학법인 요코하마국립대학
【그림9. 미세 조직의 분포특성에 의하여 다른 파괴강도 차이를 재현한 결과】
【그림10. 세라믹스 미세 조직의 정보에 의한 가상 테스트 결과】
6-6. 국립연구개발법인 이화학연구소
7. M·Integ의 장래 전망
●CASE의 시장동향(2)：MaaS (88~97 페이지)
~MaaS의 진전과 개인정보, 데이터 분석 등 수요와 수익화~
1. MaaS의 시장규모의 고찰
1-1. MaaS의 매출, 서비스 시장
【도표1. MaaS 일본국내 시장 규모 추이(금액：2017-2022년 예측)】
1-2. 데이터 수집과 개인정보의 취급
【표1. 해외의 개인정보보호법제 일본에서 미디어 보도】
【표2. 각국·각지역의 개인정보보호 법률(법령)】
【표3. 유럽 지령：GDPR의 개요】
1-3. 데이터 분석과 가공
1-4. MaaS 관련 플랫포머 수익
《타임리 콤팩트 리포트》
●자율주행 시스템의 세계 시장 (98~103 페이지)
~일본, 미국, 유럽, 중국에서 표준탑재가 진행되어, 세계 탑재대수는 2030년에
8,390만 5,000대로 성장할 것으로 예측
1. 머리말
1-1. 자율주행 시스템이란
2. 시장 개황
3. 분야별 동향
4. 주목 토픽
5. 장래 전망
【도표1. ADAS/자율주행 시스템의 세계 시장규모 예측(수량：2018년 실적-2030년 예측)】
【그림1. 일본, 미국, 유럽, 중국의 ADAS/자율주행 시스템의 장착률 추이와 예측(수량：2017년-2020년 예측)】
《후서》
독자 앙케이트 「흥미를 가진 리포트」톱 3 예상 (104 페이지)
