초록 ▼

연구 제안배경
□ 미래 혁신 소재기술은 제조업국가에서 확보해야 할 핵심 원천기술이다.
○ 최근, 주요 국가․사회적 이슈로서 ‘제 3의 에너지’ 셰일가스 산업의 준비, 즉, 기존 석유화학에서 셰일가스 산업시대로의 프레임변화에 대한 대처문제, 미래산업에서 핵심적으로 사용될 고성능 자석, 이차전지 제조 등을 위해 필수적 원소인 ‘희토류 및 한계자원’ 대체 문제, 전기자동차의 상용화시대의 도래, 한국에서도 우주항공 관련 산업창출의 필요성, 원자력 및 주력기반산업의 고도화, 신산업 창출을 통한 국가성장동력 발굴 등 다양한 미래 산

연구 제안배경
□ 미래 혁신 소재기술은 제조업국가에서 확보해야 할 핵심 원천기술이다.
○ 최근, 주요 국가․사회적 이슈로서 ‘제 3의 에너지’ 셰일가스 산업의 준비, 즉, 기존 석유화학에서 셰일가스 산업시대로의 프레임변화에 대한 대처문제, 미래산업에서 핵심적으로 사용될 고성능 자석, 이차전지 제조 등을 위해 필수적 원소인 ‘희토류 및 한계자원’ 대체 문제, 전기자동차의 상용화시대의 도래, 한국에서도 우주항공 관련 산업창출의 필요성, 원자력 및 주력기반산업의 고도화, 신산업 창출을 통한 국가성장동력 발굴 등 다양한 미래 산업이 펼쳐질 것이 예측되고 있다. 이러한 미래산업에 대처할 핵심필수적인 미래소재의 원천기술 개발이 시급하며, 본 제안연구의 7개 세부주제 도출배경이 되고 있다.
□ 현재 세계 16위권 경제규모에 제조업이 중심인 우리나라가 성장엔진이꺼지지 않고 지속가능한 미래성장을 위해서는 조속히 독일의 산업기술구조로 바뀌어야 한다.
○ 최근 ‘매킨지 한국보고서’ 에는 “한국의 진짜 위기는 북핵보다 경제성장이 멈춰버린 것” 으로 기고된 바처럼, 한국 경제의 중추기반 산업이 흔들리는 취약한 구조와 성장의 한계를 지적한 바 있다. 반면에, 지난 한 세기동안 그리고 향후에도 강한 초일류 산업국가의 위상을 보이는 독일은 튼튼한 제조업을 바탕으로 두터운 중산층, 복지국가, 높은 국가경쟁력의 위상을 갖는 모델케이스로 여겨지고 있다. 독일이 웬만한 세계적 경제환경의 변화에도 흔들리지 않는 견실한 경제를 유지하는 이유는 산업구조의 특징에 있어서 세계적 강소기업 (히든 챔피언)을 많이 갖고 있다는 사실이다 (전 세계 2,734 개중, 독일 1,307, 미국 366, 일본 220, 한국 23 개). 또한, 독일의 제조업 관련 히든 챔피언 기업들의 특징은 그림 1에서 보는 바와 같이, 세계 최고 수준의 소재분야 기술이 받쳐주고 있기 때문이다.
○ 제조업 강국 독일
․일본의 산업은 소재-부품-제품의 체계적 산업기술트리를 갖추고 있으며 근본적으로 소재기술의 혁신으로부터 시작하고 있다. 반면에, 한국의 기업은 장치산업 또는 시스템 산업제품으로부터 최근 부품의 개발에 눈을 돌리고 있으나, 중국과 크게 차별화 되지 못하고 있어서 샌드위치 상태에 있으며, 경제성장의 엔진이 꺼지는 상황으로 내몰리고 있다. 한국의 산업제품이 품질에서 세계경쟁력을 갖추기 위해서는 독일․일본과 같이 고기능 소재를 개발하여 고성능 부품과 최고의 제품을 만들어 내는 근본적인 패러다임 변화와 전략수정이 본격적으로 필요한 시점이다.
□ 하이브리드 인터페이스 기술은 나노기술의 한계를 극복하며 새로운 기능이 복합화되는 미래 소재기술이다.
○ 나노소재는 상온에서 기존소재보다 우수한 성질을 보이지만 열화메커니즘을 나타내며, 다른 복합기능이 동시에 구현될 수 없는 한계점을 갖고 있다.
또한, 볼륨이 너무 작아서 산업적 응용에 큰 제약을 갖고 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로서 이종 물질 또는 이종 스케일간의 하이브리드화는 획기적 소재기술로 주목받고 있으며 다양한 미래소재를 창출할 수 있는 원천기술임에 틀림없다.
□ 가시권에 들어온 미래소재의 영역을 선점하여 First Mover로서의 연구개발을 통하여 국가적으로 요구되는 혁신기술 및 IP창출이 필요하다.
○ 본 연구제안은 하이브리드 소재/부품 및 공정에 관한 최근 종료된 국가핵심연구센터 사업(NCRC)의 학제간 융합기술 창출경험과 다양한 연구기반, NCRC가 세계 최초로 주최하여 한국이 기득권을 갖고 있는 Hybrid Materials & Processing에 관한 대규모 국제학술대회 (HyMaP 2008, HyMaP 2011, HyMaP 2014-예정, 27개국 600-700명 규모)의 국제적 리더십, 그간 국내에 저변 확대된 하이브리드소재 WCU 사업, 하이브리드부품 연구사업, 나노하이브리드 연구실, 하이브리드소재신뢰성 연구실 등 전국적으로 우수 연구기반을 갖추고 있는 다양한 연구자들의 경험과 연구기반을 가지고, 세계 최초의 최고수준의 미래원천기술을 개발하며, 하이브리드 인터페이스 기반미래소재 기술을 활용하여 국가의 미래 신산업 창출분야 (셰일가스 산업, 우주항공 산업), 세계적으로 기술 한계에 도달한 반도체 및 배터리 분야, 신기술창출을 위한 New electronics 소재 등에서 기존 기술이 갖지 못하던 소재혁신을 창출하고 혁신 부품/제품화로 사업화시켜 국가성장동력 및 일자리창출로 연결시키는 데 제안배경이 있다.
과제 개요 및 4G 철학 부합성
□ 하이브리드 인터페이스의 종류 및 고유영역에 따라 Soft, Hard, Active 로 분류하였으며, 인터페이스 연구를 보조하기 위해 전산기술을 융합한다.
○ 그림 3에 제안과제인 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재 연구 의 연구 개념요소들과 연구방향성을 나타내었다. 현재까지는 경험 및 실험의 우연한 발견에 의존하였던 소재과학기술의 연구가 최근에 급속히 발전된 전산기술과 융합되어 효율적, 창의적, 유기적 연구가 수행된다. Soft, Hard, Active 인터페이스의 각 영역에서 이종물질․이종스케일의 연결기술, 인터페이스의 새로운 설계-합성을 통하여 신기능, 고기능, 복합기능을 창출하는 연구기술을 주요 미래산업에 접목하여 7가지 세부기술 연구로 수행되며, 이러한 연구를 통하여 원천소재기술을 창출하고 미래형 신기능소재‣=고성능 혁신부품‣=1등 품질의 융복합제품으로 연결되는 종합적 연구가 수행된다. 한편, 각 인터페이스 영역에서 얻어지는 다양한 연구정보들은 한국형 MGI D/B로 구축되어, 미래 국제협력의 교두보가 된다
○ 그림 4는 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재 연구의 기술구성 및 융합
연구체계를 보여준다. 1, 2, 3 핵심과제속의 7개의 세부과제 내용은 H 핵심과제의 도움을 받아 효율적인 소재개발-제품화기술의 융합연구로 수행되며, H 세부과제는 능동적 융합매개 연구기능의 역할을 하도록 구성하였다.
□ 국내최고 및 세계첨단기술 역량을 갖춘 참여연구진 구성
○ 연구단의 핵심 및 세부책임자 그리고 참여연구원들은 국내 최고 역량의 세계적 연구자들로 약 80%선에서 구성되었으며 고위험/고수익 연구자가 단계별로 초빙될 것이다.
○ 연구과제를 구성하는 4개의 핵심과제는 대학의 창의성 및 국책연구소의 기반성이 균형되게 융복합되어 아주 효율적인 상용화 원천기술이 개발된다.
제 1핵심(KIST, 조성무), 제 2핵심 (부산대, 김광호), 제 3핵심 (화학연, 장종산), H핵심 (KAIST, 강정구)의 책임하에 집단 융합연구가 수행된다.
○ 세부과제책임자 및 참여연구원들의 연구역량은 분야 내 국내 최정상급의 연구역량을 보인다. 예를 들면, 최근 5년간 참여연구원의 실적은 DuPont 사에 69.2 억원, (주)씨엠파트너사에 17.6 억원 등 다수의 기술이전 실적 및 Nature 급 20 편 및 관련 최고 학술지에 다수의 논문을 게재한 실적을 갖고 있다.
□ 제안과제의 글로벌프론티어 사업철학(4G)과의 부합성
가. 글로벌(Global)
○ 본 연구과제의 제안은 나노소재의 한계 기능을 돌파하는 혁신성을 가지며, 미개척된 미래소재 영역인 하이브리드소재에 관한 연구이다.
하이브리드소재기술 연구에서 가장 핵심적 요소인 인터페이스에 관한 연구이고, 이를 효과적이고 빠르게 구현하기위해 전산모사기술과 융합하는 집단 연구로서 연구제안 내용이 세계적으로도 선구자적 입장에 있다고 볼 수 있다. 집단/조직적 융합연구를 통하여 세계최초의 최고수준의 미래 원천소재 기술이 다양하게 발굴되고 확보될 것으로 믿어진다.
나. 기초원천(Ground breaking)
○ 하이브리드 인터페이스 영역은 소재과학기술에서 미개척 영역이다. 하이브리드 인터페이스의 설계-합성 기술을 통하여, 이종물질 (이종소재)의 연결과 신기능, 고기능, 복합기능의 혁신소재를 창출할 수 있다.
○ 그림 6에 우리가 현재까지 경험하였던 소재의 영역인 금속결합 (Metallic bonding), 공유결합(Covalent bonding), 이온결합(Ionic bonding) 등 크게 3가지 종류의 물질들을 보여주며, 대부분의 산업기술 및 특허기술의 기반이 되었다. 반면에, 그림에서 점선으로 표시된 영역은 과학기술적으로 미개척된 미래 소재기술의 영역이며 기존 소재기술의 한계를 돌파하는 혁신성이 있다. 이종물질간의 인터페이스에서는 결합특성이 복합화된 즉, 원자의 전자구조가 하이브리드화 된 경우이며 새로운 기능이 발현되는 혁신성이 나올 수 있음을 의미한다.
○ 제안과제 기술의 혁신성과 독창성은 그림 7에서와 같이 미개척 미래소재영역인 하이브리드 인터페이스의 설계-합성-평가 연구와 이를 효율적으로 도와주는 전산설계의 융합으로 설명된다. 하이브리드 인터페이스의 설계-창제-응용에 있어서 최근 급속도록 발전한 전산과학기술과의 접목을 통하여 빠르고 효율적인 연구결과가 예상된다. 이전에는 소재기술의 연구가 실험적, 경험적, 많은 연구비와 시간이 투자되어야 했지만, 전산기술과의 융합으로 효율적이고 현실적인 기술로 진화될 수 있다.
다. 융합연구(Group approach) :
연구과제를 수행하기 위해서는 각 학문 정보의 상호보완적 융복합이 매우 중요하며 학제간 연구 활동이 수행된다. 또한, 목표달성을 위해서 산학연 융복합 연구가 필요하다.
라. 미래성장(Growth and sustainability) :
○ 하이브리드 인터페이스 기반미래소재의 연구개발은 6T를 포함한 거의 모든 산업분야에서 커다란 파급효과를 미친다. 항공우주해양, 유기소자, 차세대 전자, 3D 반도체, 셰일가스산업, 미래형 자동차 등의 산업분야에서 혁신제품 창출의 기반이 되어, 신산업창출, 주력기반산업 강화, 하이테크 중소기업 지원의 역할을 하게되며, 국가신성장동력 창출, 양질의 일자리 창출에 크게 기여하게 된다.
핵심과제별 연구개발 추진 내용
□ 제 1핵심과제. Soft 인터페이스 원천기술 연구
□ 제 2핵심과제. Hard 인터페이스 원천기술 연구
□ 제 3핵심과제. Active 인터페이스 원천기술 연구
□ H 핵심과제. Computation & CKTS
연구개발 총괄목표 및 사업화 방안
□ 연구개발 총괄목표
○ 하이브리드 인터페이스 기반 미래소재/부품/제품 개발
○ 스마트소재 가공기술, 대형화 공정기술, 융복합 제품화 기술 개발
□ 연구개발의 총괄적 지향점 및 연구 초기부터 목표 성취
○ 본 연구개발은 처음 해보는 새로운 도전과제로 수행하는 것이 아니라, 이미 선행 연구경험과 다양한 연구기반을 갖춘 연구자에 의해 수행되는 특징이 있고, 관련 분야 세계 최고 수준의 연구자들이 다수 참여하기 때문에, 1단계에서부터도 혁신기술의 창출 및 기술이전이 된다. 단계별로 시간에 따라 핵심 산업기술들이 창출될 것이며, 최종적으로는 세계적 Big 3 기술 창출을 목표로 하고 있다. 그림 12에 연구개발 목표달성의 정성적 흐름도를 나타내었다.
○ 연구개발의 목표달성 전략은 사업단장 및 핵심책임자가 연구원으로부터 창출되는 시장성이 크고 상업성 있는 핵심 기술을 조기에 발굴하고, 신진 및 특별 연구원 유입 등 집중 연구투자 전략을 수행하여, 연구개발 초기에서부터 빠른 Catch-Up, First Mover로서의 역할을 중추적으로 수행한다. 또한, 단계별로 기술완성도를 높여 연구개발 성과를 극대화 할 것이다.
□ 연구개발 사업화 방안
○ R&D 실용화지원 위원회를 구성하여 연구원들의 우수기술을 적극적으로 조기발굴하고, 전문 TLO (Technology Licensing Office) 기술이전조직을 활용하여 다양한 국내외기업에 마케팅하는 역할을 수행케 한다. 또한, 기술료분배에 대하여 연구자들이 속한 기관과 협약을 체결하여 원만한 기술이전이 될 수 있도록 노력한다.
○ 연구개발을 통하여 발생되는 다수의 원천 지식재산권은, 국내 대기업에 납품하는 히든챔피언, 중소기업, 벤처에 기술이전을 수행한다. 대기업 (세계시장동향 및 방향성, 니즈)-연구단 (원천기술개발)-중소기업 (기술수혜 및 국내외 대기업 납품 및 매출발생)의 구도를 통하여 연구개발 기술의 사업화방향이 설정된다.
□ 연구성과 확산 전략
○ 연구초기단계부터 “상업성이 있는 강력한 원천특허”를 창출하기 위하여 지재권 기술획득 전략 및 방법을 R&D 실용화지원 위원회를 통해 추진하고, 연구수행결과 창출된 기술의 실용화 촉진시키기 위해, 우수기술 발굴 및 육성, 기술마케팅 및 설명회개최, 상용화 유망기술 발굴 및 지원을 통해 국내 및 해외 기업에 기술이전을 추진할 것이다.
○ 상용화기술 개발사업 성과추진을 촉진시키기 위하여, BP, EP 프로그램을 운영하고 추진한다.
- 사업화 가능성이 높은 발굴기술에 대하여 단기 추가 연구 (기업참여 공동 매칭연구, 단기 1년)를 통해 연구단기술의 기업이전을 추진한다.
- 미래 신성장동력 창출 정도의 유망 우수기술에 대하여 사업화 및 기술이전을 위해 원천기술의 융․복합 상용화 기술개발 연구 (기업참여 공동 매칭연구, 중기2-3 년)를 통한 사업화 또는 중․대형 기술이전을 추진한다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요약문 ... 5
• 목 차 ... 21
• Ⅰ. 과제개요 ... 23
• 1. 제안배경 ... 25
• 2. 과제 개념 및 범위 ... 32
• 3. 사업 철학과 부합성 ... 39
• 4. 연구개발 지원 필요성 ... 47
• 5. 관련 R&D 동향 및 기술수준 분석 ... 53
• Ⅱ. 연구개발 추진계획 ... 59
• 1. 비전 및 목표 ... 61
• 2. 핵심과제 및 세부과제 구성 및 내용 ... 65
• 2.1. 제1핵심과제 Soft 인터페이스 원천기술 연구 ... 69
• 2.2. 제2핵심과제 Hard 인터페이스 원천기술 연구 ... 87
• 2.3. 제3핵심과제 Active 인터페이스 원천기술 연구 ... 113
• 2.4. H 핵심과제 Computation & CKTS ... 131
• 3. 연구개발 추진체계 ... 151
• 4. 연구개발 추진전략 ... 155
• 5. 기대성과 및 활용방안 ... 158
• 6. 연구개발 로드맵 ... 162
• 7. 자원 배분계획 ... 170
• Ⅲ. 연구단 운영 및 관리 계획 ... 171
• 1. 연구단 운영의 기본방안 ... 173
• 2. 연구단 지원조직의 구성체계 및 역할 ... 174
• 3. 연구단 운영․관리방안 ... 175
• 4. 연구성과 활용․확산 방안 ... 177
• [참고자료 서식1] 연구단장 신청자 이력서 ... 181
• [참고자료 서식2] 연구단장 연구 및 관리능력 평가자료(12p 이내) ... 183
• [참고자료 서식3] 연구단장 소속기관 지원활동계획서(2p 이내) ... 196
• [참고자료 서식4] 연구단장 소속기관 연구지원 동의서 ... 198
• 끝페이지 ... 379