압전 세라믹스

Abstract

1. 연구의 배경 및 필요성 압전 세락믹스는 전자분야의 기초재료로 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 그 활용은 레조네이터 등의 통신기기, 초음파 혈류계 등의 의료기기, LCD 백라이트용 트랜스포머, 초정밀 액츄에이터, 초음파 모터, 트랜스듀서, 각종 정밀 센서와 측정ㆍ계측기기 등으로 가정용에서부터 첨단 기술분야까지 광범위하게 이루어지고 있다. 또한 MEMS(Micro Electro Mechanical system) 기술과 함께 마이크로 크기의 액츄에이터 및 센서등의 제작이 가능해지고 있으며, 특히 최근에는 전기/기계 에너지에서 기계/전기 에너지로의 변환을 이용하는 단방향의 압전 세라믹스와 함께 두가지 변환을 동시에 이용해 새로운 기능을 보이는 쌍방향성 제2세대 압전 세라믹스가 개발되어 이에 따른 활용범위도 확대되고 있다. 유전공학을 포함한 의료분야에서는 유전자내의 비정상적인 세포를 제거하고, 건강한 세포를 주입시키는 마이크로 로봇이나 유전자 세포를 핸들링하는 마이크로 도구의 개발이 진행되고 있다. 이러한 마이크로 도구의 경우, 초정밀 이송 액츄에이터와 위치센서가 가장 핵심적인 요소기술의 확보 없이는 불가능하다. 이와 같은 초소형 수술 및 의료용 진단장치 등으로 활용되고 있다. 그리고 해양자원 활용을 위한 수중 측정장치, 탐색기술에 있어서도 압전 세라믹스의 응용기술이 활용되고 있어, 압전 세라믹스 분야의 광범위한 시장형성이 기대되고 있다. 압전 세라믹스는 1970년대를 시작으로 1990년대에 본격적으로 연구 개발이 이루어져 와 KT으며, 전자산업의 한 분야로 자리잡게 되었다. 국내에서는 대부분의 압전 세라믹스 원료와 응용부품을 전량수입에 의존하다가 1987년에서야 압전소자 제품을 생산하기 시작하였다. 원재료부터 최종제품까지 대부분 국산화 기술에 대한 노하우를 가지고 있는 중소기업들이 다양한 품목을 생산하고 있다. 압전 세라믹스 재료는 Barium Titanate를 시작으로 물리적 성질 등이 우수한 PZT, PCM 등 복합 Perovskite 구조를 가진 세라믹스를 중심으로 개발이 이루어지고 있으며, 최근에는 휘발성 공해물질인 PbO가 함유되지 않으며, 물리적 성질과 기능이 우수한 압전 재료 개발 및 수요가 증대되고 있는 상황이다. 이러한 압전 세라믹스는 일본, 미국, 유럽 등의 국가에서 많은 기술을 보유하고 있으나 1990년에 이르러서는 한국과 중국이 괄목할만한 성장을 보이고 있다. 현재의 국내 연구기술은 선진기술수준에 상당히 접근해 있지만 응용 및 생산 기술에서는 그 수준이 못 미치고 있는 실정이다. 따라서 국내 부품소재 분야의 일부이지만 전자 및 관련 소재산업의 발전을 위해 응용분야 및 수요의 급진전이 예쌍되는 새로운 압전 세라믹스의 연구개발 및 생산에 주력해야 한다. 2. 연구의 목적 최근 산업계, 학ㆍ연구계에서는 핵심주요산업 또는 미래 유망기술에 대한 종합적이고 전문적인 분석정보의 수요가 증대하고 있으며, 또한 정보통신산업, 생물산업, 환경ㆍ에너지산업, 부품소재산업 등 21C 전략 육성산업에 대한 지원이 해마다 증가하고 있다. 이에 한국과학기술정보연구원(KISTI)에서는 최근의 국가정책과 정보수요에 맞추어 부품소재분야의 압전세라믹스 재료를 핵심기술분야로 선정하여, 기술 및 연구개발 동향분석, 연구문헌 및 특허정보분석, 산업 및 시장분석을 수행하였다. 이러한 분석결과를 통해 특정 과학기술 및 관련산업의 이해를 도와 국내 기술분야의 수준 및 동향을 용이하게 파악할 수 있도록 하는데 그 목적이 있으며, 더 나아가 연구 및 기술개발 방향 설정, 관련산업의 현황 파악, 사업계획 및 정책수립 등에 기반이 되는 기초 분석자료를 제공하는데 연구의 목적을 두고 있다. 3. 연구의 방법 본 보고서에서는 압전 세라믹스에 관련된 기술의 기본이론, 활용 및 응용기술, 관련 제품의 현황 등 국내외 기술수준과 흐름에 대해 분석하였다. 제2장 기술동향분석에서는 한국과학기술정보원(KISTI)이 보유하고 있는 문헌과 최근 해외 발표 저널, 전문가 자문 등을 통해 압전 세라믹스의 기술 및 R&D 전반과, 최근 이슈화되고 있는 문제들에 대해 체계적이고 종합적인 정보분석을 수행하였다. 제3장 기술특허정보분석에서는 압전 세라믹스 재료를 중심으로 기술문헌정보와 특허정보를 분석하여, 20여년간의 기술흐름 추이와 최근동향, 연구기관 및 출원인 분석을 하였다. 이와 같이 연구문헌정보와 특허정보를 국가 및 기술분야별 ,연도별, 발표자 및 출원인 등으로 세분화하고 이를 도식화된 그래프를 표현하여 기술의 우위현황 및 주요 분포도, 최근 기술동향 등을 분석하였다. 정보분석에는 한국과학기술정보연구원(http://www.kisti.re.kr)에서 제공하는 문헌정보데이터베이스와 각국의 특허정보 데이터베이스를 활용하였다. 제4장 시장동향 및 전망에서는 압전 세라믹스 분야의 산업구조 및 환경을 우선 분석하고, 국내외 시장동향을 조사·분석하였다. 그리고 국내외 조사전문기관의 분석보고서 및 발표자료. 업계 및 연구소의 Field Survey를 통해 향후 국내외 시장을 전망하였다. 마지막으로 구체적인 사업화 성공가능성을 높이기 위한 전략적 제언을 제시하였다.