Yano E plus 2024년 9월호(NO.198)
≪차세대 시장 트렌드≫
혁신적인 나노 재료(4) ~나노세라믹스 재료~
~균일하고 미세한, 기계적 강도 우수
촉매와 에너지 변환 디바이스, 바이오·메디컬 재료의 활약이 확대 중~
1. 나노세라믹스 재료의 특징
2. 나노세라믹스재료의 제조방법
2-1. 화학합성법
2-2. 볼겔법
2-3. 플라즈마 처리
2-4. 메카노케미컬법
3. 나노세라믹스 재료 용도 전개
3-1. 일렉트로닉스
3-2. 촉매
3-3. 바이오 메디컬
3-4. 에너지
4. 나노세라믹스 재료에 관한 시장규모
그림·표1. 나노세라믹스 재료의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)
5. 나노세라믹스 재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 국립대학법인 오사카대학
(1)초고강도 유리 개발
그림1. 유리 미립자를 금속 코팅하는 나노 입자 분산 프로세스의 조건
그림2. 유리 미립자를 금속 코팅하는 나노 입자 분산 프로세스의 모식도
그림3. 0.5 vol % Ni 분산 SiO2 유리의 균열 발생 내성 비교
(2)업컨버전 유리 개발
그림4. (a)분자동역학으로 시뮬레이션한 유리 구조 모델
(b)BaMgBO3F의 결정구조
그림5. Er3+첨가 유리 업컨버전 스펙트럼
5-2. 국립대학법인 군마대학
(1)유기분자 채용수열법을 이용한 산화물 나노결정 분산 수용액 합성
그림6. N(CH3)4+공존 하에서 음이온 착체 수용액의 수열처리에 의한
산화물 나노결정 분산 수용액 합성과정의 모식도]
그림7. ZrO2 분산액의 투명도와 입자 크기의 관계. 약 10μm(왼쪽), 약 5nm(오른쪽)
그림8. N(CH3)4+캡핑 유무에 따른 단사정 및 정방정 ZrO2 나노결정의 선택 성장
그림9. SnO2 나노 큐브의 HR-TEM 상
그림10. 상사형 SnO2 나노큐브 집적체의 형성 과정(위)과 형성 메커니즘(아래)
(2)GDC 나노결정을 이용한 LSCF╱GDC 나노복합체 입자의 합성과 SOFC 나노복합체 음극의 개발
그림11. 나노 복합체 전극 실현을 위한 전략
그림12. LSCF╱GDC 나노 복합체 입자의 STEM-EDS 상
5-3. 국립대학법인 지바대학
(1)새로운 원리에 의한 환경 응답성을 나타내는 구조색 재료 개발
그림13. 티타늄산층과 글리세린층이 교대로 적층된 복합체 겔의 모식도
그림14. 솔비톨-CeO2 판상 입자 복합체의 다양한 H2O 상대압 하에서의 적층 상태 모식도
그림15. 포도당- Zn-Al계 층상 복수 산화물 복합체 박막의 ZnO막으로의 변환
(2)자외광 조사에 의한 광용해를 이용한 형광 발광 특성 제어
①산화아연졸
②세륨산화물-솔비톨 복합체
그림16. CeO2-솔비톨 복합체 나노입자 분산 졸 중입자의 SEM 상
(a)UV 조사 전, (b)24시간 UV 조사 후
5-4. 국립대학법인 도쿄공업대학
(1)결정성 복합산화물 나노입자의 촉매작용
그림17. 복합산화물 나노입자의 촉매에 대한 응용
(2)산소를 이용한 페로브스카이트 산화물에 의한 선택적 산화반응
그림18. 전형적인 입방정계 페로브스카이트 산화물 구조(왼쪽)과 육방정계 구조(오른쪽)
그림19. 아스파라긴산을 이용한 육방정계 페로브스카이트 나노촉매의 합성
(3)산소를 이용한 망간산화물 나노입자 촉매에 의한 선택적 산화반응
그림20. 활성화 MnO2 촉매에 의한 HMF에서 FDCA로의 선택적 산화
그림21. 전구체 결정화법에 의한 다공성 β-MnO2 나노입자의 합성
(4)원소복합효과의 특이적 촉매작용을 이용한 반응 개발
그림22. 작용기 선택적 아세탈화를 가능하게 하는 이원 기능 인산세륨 촉매
5-5. 국립대학법인 도쿄대학
(1)초고성능 제올라이트 나노입자 합성
그림23. 하향식 방식의 제올라이트 나노입자 제작 프로세스. 제올라이트 입자의 분쇄 프로세스(위), 분쇄된 제올라이트 미립자의 재결정화 프로세스(아래)
그림24. 제올라이트 분말의 XRD 패턴, 재결정 후(위), 분쇄 후(중), 이니셜 상태(아래)
그림25. 제올라이트 분말의 SEM 상, 이니셜 상태(좌상단), 분쇄 후(우상단), 재결정 후(아래)
(2)제올라이트 나노입자 양산화 및 응용전개
그림26. 제올라이트 나노입자 'Zeoal®'의 양산화
5-6. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)
(1)플라즈모닉 구조의 나노재료·소자구조 개발
그림27. Al 메타물질 완전흡수체(MPA)의 모식도
그림28. 1,000℃ 이상의 고온에서 동작하는 파장 선택형 이미터의 복사 스펙트럼
(2)적외선 광열변환소자 개발
그림29. 파장 선택성을 가진 광열 변환형 적외선 디바이스
그림30. DBR의 원리와 구조
(3)비분산형 적외선 흡수방식(NDIR)
그림31. NDIR 센싱으로 감지 가능한 다양한 가스 분자의 적외선 흡수 파장
6. 나노세라믹스 재료에 관한 장래 전망
6-1. 고성능 재료 개발
6-2. 새로운 응용분야로의 확대
6-3. 프로세스의 합리화와 확장성
6-4. 지속가능성에 대한 공헌
6-5. 의료응용의 확대
6-6. 유연성의 향상
6-7. 에너지 저장과 전지 기술
6-8. AI의 활용
센서&앱 시장성 탐색(5) 회전변위센서(포텐셔미터/로터리 인코더)
~제조업 혁명으로 시장 확대를 거듭하는 로터리 인코더
신기술 등장으로 수요가 더욱 확대될 전망~
1. 들어가며
1-1. 회전변위센서의 종류
표1. 변위센서(직선변위/회전변위)의 종류
1-2. 주요 회전변위 센서의 특징
(1)포텐셔미터
그림1. 접촉식 포텐셔미터의 구조(전도성 수지형의 제품 사례)
(2)비접촉식 각도센서
표2. 포텐셔미터/비접촉식 각도센서의 이용분야
(3)로터리 인코더
표3. 로터리 인코더 검출방법별 특징
표4. 광학식 로터리 인코더의 측정방법별 특징
그림2. 로터리 엔코더의 구조(광학식 인크리멘털형)
2. 회전변위센서 시장동향
2-1. 접촉식·비접촉식 각도센서의 현황과 전망
(1)세계 시장규모 추이 및 예측
그림·표1. 포텐셔미터 관련 세계(일본/해외) 시장의 추이·예측(금액: 2022-2035년 예측)
그림·표2. 일본 포텐셔미터 메이커 관련 시장 상세(금액: 2023년)
그림·표3. 일본 포텐셔미터 관련 시장의 추이·예측(금액: 2022-2035년 예측)
(2)이용분야와 유형별 동향
그림·표4. 포텐셔미터(각도센서)의 일본 이용분야(금액: 2023년)
(3)퍼텐셔미터의 단가
2-2. 로터리 인코더의 현황과 전망
(1)로터리 인코더 세계 시장 추이 예측~2035년
그림·표5. 외판용 로터리 인코더의 세계 일본/해외별 판매 예측(수량·금액: 2022-2035년 예측)
표5. 로터리 인코더 세계 시장의 추이·예측(수량·금액: 2022-2035년 예측)
(2)서보모터의 종류와 애플리케이션
(3)AC/DC 서보모터와 로터리 엔코더
그림·표6. 로터리 인코더의 총수요에서 차지하는 서보모터용의 비율(수량: 2023년)
그림·표7. AC 서보 탑재용 로터리 인코더의 내/외제품 비율(수량: 2023년)
그림·표8. 로터리 인코더의 총수요에서 차지하는 외판품 비율(수량: 2023년)
(4)외판 시장의 구조
표6. 로터리 인코더의 4가지 그룹별 특징, 수요 분야
그림·표9. 로터리 인코더의 외판품 시장 구조(수량: 2023년)
그림·표10. 로터리 인코더의 외판품 시장 구조(금액·수량: 2023년)
표7. 로터리 인코더 기업(일본/구미)
(5)'중~고가격품'의 시장규모와 이용분야
그림·표11. '중~고가격대' 로터리 인코더의 이용분야(수량: 2023년)
3. 회전변위센서 주목 업체 최신 동향
3-1. 일본 주요 로터리 인코더 제조사 동향
표8. 일본 주요 로터리 인코더 제조사 동향
3-2. 해외 주요 로터리 인코더 제조사 동향
표9. 해외 주요 로터리 인코더 제조사 동향
스핀트로닉스 디바이스(5) ~양자 스핀트로닉스~
~양자효과를 도입하여 긴 결맞음 시간을 가진 스핀을
빛과 전기장에 의해 제어하는 점이 특징
1. 주목받는 양자 스핀트로닉스
2. 양자 스핀트로닉스의 응용분야 예
2-1. 양자분자 스핀트로닉스
2-2. 스핀 양자컴퓨터
3. 양자 스핀트로닉스에 관한 시장규모
그림·표1. 양자 스핀트로닉스의 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2045년 예측)
4. 스핀트로닉스 디바이스와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
4-1. 국립대학법인 오사카대학
(1)스핀엘라스트로닉스의 제창
그림1. '스핀엘라스트로닉스'라는 새로운 학술영역의 제창
(2)스핀트로닉스에 의한 변형 센싱
①플렉시블 변형 스핀 밸브
그림2. 플렉시블 변형(GMR) 스핀 밸브 구조의 모식도
그림3. 플렉시블 변형(GMR) 스핀 밸브의 특성
②생체 모션 센싱
그림4. 각 손가락을 구부렸을 때 얻어지는 출력 측정을 위해
플렉시블 변형(GMR) 스핀 밸브를 손등에 부착
(2)또 다른 개발 사례
①집적 스핀 센서 패드
그림5. 집적 스핀 센서 패드의 회로도(왼쪽) 및 시제품(오른쪽)
②무전원 센싱
그림6. 무전원 센싱의 구상과 시제품
(3)나노엘라스트로닉스 개발을 위해서
그림7. 나노엘라스트로닉스 개발을 위해서
4-2. 국립대학법인 규슈대학
(1) MRAM 트렌드: STT에서 SOT로
(2)이목이 집중되는 TmIG
그림8. 온액시스 스퍼터링으로 제작된 TmIG의 특성, (a)2θ-ω법에 의해 측정된 X선 회절 패턴, (b)초전도 자속 양자계에 의해 27℃에서 측정된 자기 특성
(3)자성절연체 TmIG의 전기적 검출 및 자화반전
그림9. TmIG의 디바이스 구조 (a)와 이상 홀 효과에 의한 자화 측정 결과(b)
4-3. 국립대학법인 고베대학
(1)스핀트로닉스용 강자성 합금재료와 2차원 물질 간의 이종 결정 계면의 상태를 제1원리 계산으로 예측
그림10. FePd╱Gr의 트위스트 계면 모델의 예
그림11. 트위스트 계면의 Gr층 높이 분포. 검정동그라미는 C원자, 착색된 곳은 높이를 나타내며, 줄무늬상의 변형이 발생하고 있는 것을 알 수 있다
(2)파상 Gr╱L10-FePd 계면에서의 제1원리 계산과 XAS 및 XMCD 스펙트럼 관측
(3)L10-FePd(001)╱Gr 이종 접합의 제1원리 계산에 의한 스핀 수송 특성 예측
그림12. FePd/1-Gr/FePd 이종 접합의 스핀 수송 계산의 모식도, (a)산란 영역과 전극 영역의 계산 모델, (b)FePd(001)/Gr 계면 모델의 단면도, (c)자기 구성과 스핀 분해 전도 성분, (d)접합의 마이크로 자기 시뮬레이션 모델
4-4. 국립대학법인 도호쿠대학(1)
(1)전자 스핀 세차운동의 회전방향 관측에 성공
그림13. 강자성체, 반강자성체, 페리자성체에서 자기 모멘트의 세차운동
(2)자성의 미시적 정보로부터 스핀류의 거동을 예측 가능
그림14. 스핀류 신호의 온도 의존성과 편극 중성자 산란에 의해 관측된
Tb3Fe5O12의 310K와 160K에서의 자기 여기 분산의 마그논 극성
4-5. 국립대학법인 도호쿠대학(2)
(1)실온 동작 스핀트로닉스 소자를 이용하여 양자 어닐링 머신의 기능을 실현
①q비트와 p비트
②스핀트로닉스 소자
③스핀트로닉스 p비트
그림15. 스핀트로닉스 소자(MTJ 소자). (위)자기터널접합 구조의 모식도. (아래)기존의 비휘발성 자기 메모리 용도와 이번 p비트 용도의 MTJ 소자의 차이를 설명한 그림
(2)스핀트로닉스 유사 양자비트를 기존 대비 100배 이상으로 고속화하는 데 성공
그림16. (왼쪽 위)제작한 MTJ 소자의 구조: 숫자는 nm, (오른쪽 위)타원형 소자를 위에서 촬영한 SEM 상, (왼쪽 아래)소자 저항의 외부 자기장 의존성. (오른쪽 아래)대응하는 상태의 모식도
(3)확률 동작 스핀 소자를 이용한 고성능·절전형 P컴퓨터 실증
그림17. 구축한 확률 동작 스핀트로닉스 소자로 이루어진 확률 비트와 FPGA로 이루어진 P컴퓨터의 실물 사진
(4)제조용이성이 뛰어난 확률론적(P) 컴퓨터 개발
그림18. 본 연구의 위치를 정리한 모식도, (위)기존 기술인 결정론적으로 동작하는 반도체 회로로 구성된 컴퓨터, (가운데)본 연구에서 동작 실증한 반도체 회로와 소수의 확률 동작 스핀 소자로 구성된 근미래판의 P 컴퓨터, (아래)본 연구에서 성능을 예측한 다수의 확률 동작 스핀 소자로 구성된 최종 형태의 P컴퓨터
5. 양자 스핀트로닉스의 장래 전망
《주목 시장 포커스》
자기 광학 효과 소자
~빛과 자기장의 상호작용을 이용하여 광신호의 제어 등을 실시.
광디바이스나 광통신 시스템에서 중요한 역할을 수행~
1. 자기 광학 효과 소자란
2. 자기광학 센서의 원리
3. 자기 광학 효과 소자의 용도분야
4. 자기 광학 효과 소자에 관한 시장규모
그림·표1. 자기 광학 효과 소자에 관한 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2024-2029년 예측)
5. 자기 광학 효과 소자와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향
5-1. 공립대학법인 오사카공립대학
그림1. LiNiPO4를 이용한 광다이오드 효과의 모식도
그림2. 광다이오드 효과가 발생하는 메커니즘
그림3. 광통신 파장 대역에서 LiNiPO4의 흡수 스펙트럼
그림4. 자기장을 ±11kOe(에르스텟) 범위에서 연속적으로 반복 변화시켰을 때의 흡수 계수 변화
5-2. 국립대학법인 도쿄대학
(1)물질의 토폴로지에서 유래한 거대 자기 광학 효과
그림5. 자성 바일 반금속 Co3Sn2S2의 결정 구조(왼쪽), 전자 구조(가운데), 자기광학 패러데이 커 효과의 개념도(오른쪽)
그림6. 자성 바일 반금속 Co3Sn2S2의 거대 자기광학 효과. 패러데이 효과(왼쪽)과 커 효과(오른쪽)
(2)스커미온에 의한 토폴로지 자기 광학 효과 관측
그림7. (a)스커미온 입자, (b)스커미온이 고밀도로 정렬된 스커미온 격자, (c)토폴로지컬 자기 광학 효과 관측
그림8. Ga2PdSi3 자성체의 결정 구조
5-3. 국립대학법인 도쿄농공대학
(1)반도체 광 아이솔레이터
그림9. 자유공간형 광 아이솔레이터의 원리를 나타낸 모식도
그림10. TE 모드 반도체 광 아이솔레이터의 단면 모식도
그림11. 제작한 반도체 광 아이솔레이터의 광학현미경 사진(왼쪽)과 단면 SEM 상(오른쪽)
(2)TE 모드 도파로 광 아이솔레이터를 집적한 반도체 마이크로링 레이저의 자기적 스위칭
그림12. TE 모드 광 아이솔레이터를 집적한 SRL의 모식도
(3)고감도 가스센서
그림13. 시작한 센서 칩의 샘플. 샘플1: Au, 샘플2: Au╱Co╱Au 웨지 형상, 샘플3: Au╱Co
그림14. 농도1, 2, 3, 4vol% 에탄올 가스 주입 시 샘플 2의 (a)반사광 강도와 (b)TMOKE 강도
5-4. 국립대학법인 도호쿠대학
그림15. 역 패러데이 효과에 의한 광자화 발생의 모식도
(1)양자스핀 액체물질 α-RuCl3
그림16. (a)α-RuCl3의 벌집 격자, (b)스핀 궤도 여기자의 모식도
(2)양자 스핀 액체에서의 광자화
(3)스핀 궤도 엑시톤의 운동에 의한 광자화
그림17. (a)반사율 변화의 시간 발전(삽입도는 진동 성분), (b)다른 방향을 향한 d궤도(dxz-dyz) 간 전하의 양자역학적인 진동의 모식도
그림 8. 궤도 자기 모멘트에 의한 광자기 효과의 모식도
5-5. 국립대학법인 무로란공업대학
그림19. 사용된 자기광학 효과를 가진 이온 액체,
1-부틸-3-메틸이미다졸륨이온(왼쪽)과 테트라클로로철(Ⅲ)산이온(오른쪽)
그림20. 이온 액체의 (a)흡수 스펙트럼과 (b)패러데이 회전 성능
6. 자기 광학 효과 소자에 관한 장래 전망
E/E 아키텍처의 동향(2)
~장벽이 높은 비클 OS 개발, 도전은 계속되고 있다~
1. 지난 리포트 정리
2. 모빌리티 서비스 환경의 개발 필요성
2-1. 테슬라 쇼크
2-2. 모빌리티 서비스를 지원하는 구조
2-3. 도요타의 모빌리티 서비스 개발
2-4. 최초의 AreneOS 개발
(1)ROS에 주목
(2)Apex. OS에 대한 기대
그림1. 2012년경부터 시작된 자동차 소프트웨어 아키텍처 예
그림2. 자동차 소프트웨어 아키텍처 에서의 AreneOS의 위치
그림3. 우븐플래닛 그룹이 구상한 CASE 대응
(4)'연결'에 시달리던 AreneOS
(5)HAL(Hardware Abstraction Layer)의 중요성
표1. 디지털 소프트 개발 센터의 사업 내용
표2. 도요타의 자동차 소프트웨어 개발의 중심적인 조직체제
그림4. 자동차 소프트웨어 아키텍처에서의 HAL의 위치
≪시기적절 콤팩트 리포트≫
재활용 탄소섬유 시장
~재료, 중간재, 성형의 연계·협업과 '환경가치'를 소구한 용도 개발로
세계를 리드하는 일본의 rCF 실현!～
1. 재활용 탄소섬유
2. 시장 개황
3. 분야별 동향
3-1. CFRP 스크랩 및 폐재 재활용 동향: 일본에서 양산에 가까운 규모로 rCF 회수 및 샘플 제작이 시작
3-2. rCF 활용 상황: 펠릿, 부직포 등 중간재 양산 준비 진행
4. 주목 토픽
4-1. CFRP 재활용 기술 동향: 열분해법과 더불어 화학분해법이 실용단계로
5. 장래 전망
그림1. CFRP 스크랩·폐재로 재활용 탄소섬유(rCF) 회수량 예측(수량: 2019-2030년 예측)
그림2. CFRP 스크랩·폐재에서의 재활용량 이미지
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