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나노 콜로이드 제조 및 응용(Fabrication and Application of Nano-Colloid)

2005. 4.

머 리 말세기 들어 와 함21 IT(Information Technology), BT(Biotechnology)

께 미래를 주도할 대 혁신기술의 하나로 에 대3 NT(Nanotechnology)

한 관심이 고조 되고 있습니다 나노기술 는 물질의 원자 및 분. NT( )

자 수준에서 제어 및 조작을 가능케 함으로써 소재는 물론 전기전자· ,

바이오 화학 환경 에너지 등 전 산업분야에 걸쳐 혁신적인 변화를 몰· , ·

고 올 전망 입니다.

이러한 시대적 변화에 능동적으로 대처하기 위하여 한국과학기술정보

연구원 은 국내 나노기술 전문가와 연계하여 국내외 주요 나노(KISTI)

핵심 전략기술에 대한 정보를 심층 분석하여 산학연관에 제공함으로써

국가 과학기술정보 확산과 국제 경쟁력 강화에 노력하고 있습니다.

이러한 사업의 일환으로 유망기술의 심층정보분석연구 나노 클로

이드 제조 및 응용 을 발간하게 되었습니다 본 보고서는 클로이드의.

연구개발 동향분석 특허정보분석을 체계적이고 심도 있게 분석하,

여 제공하고자 노력하였습니다.

끝으로 본 연구는 과학기술부의 지원으로 수행되었으며 본 연구원의,

최붕기 연구원 배국진 선임연구원과 서울산업대학교의 황연 교수가 공,

동 집필 한 것으로 노고에 깊이 감사드리며 본 보고서에 수록된 내용,

은 연구자 개인의 의견으로서 한국과학기술정보연구원의 공식의견이

아님을 밝혀둡니다.

2005. 4.

한국과학기술정보연구원

원장

i

목

제1장 서 론 ······················································································ 1

연구 배경1. ······························································································ 1

연구 목적2. ······························································································ 2

연구 방법3. ······························································································ 2

제2장 기술 및 연구개발 동향 ································································· 5

기술개요 및 특성1. ·················································································· 5

가 콜로이드 결정. ················································································· 5

나 다공체. ····························································································· 6

다 전기적 집합체. ················································································· 6

구조 및 제조법2. ······················································································ 7

가 콜로이드 결정. ················································································· 7

결정(1) 3D ··················································································· 8

고체 매트릭스내 고정체(2) ························································ 10

나 다공체 구조. ·················································································· 11

솔 젤법(1) - ·················································································· 11

침전법(2) ···················································································· 13

나노 입자 조립(3) ······································································ 14

에멀젼 주형법(4) ········································································ 14

전기화학 증착(5) ········································································ 15

다 전기적 회로 연결. ·········································································· 16

ii전기화학 증착에 의한 회로 조립(1) ·········································· 16

나노 입자에 의한 회로 조립(2) ················································· 18

모세관힘에 의한 회로 조립(3) ··················································· 20

응용 분야3. ····························································································· 22

가 화학 기능성 구조체. ······································································ 22

나 바이오 센서 생체 재료. , ································································ 23

다 포토닉 밴드캡 광학 센서. , ····························································· 25

라 표면증강라만 분광법. ···································································· 27

마 배터리. ··························································································· 28

바 반도체 이종접합. ··········································································· 28

사 디스플레이. ···················································································· 29

국내외 연구개발동향4. ··········································································· 30

가 국내의 동향. ·················································································· 30

나 외국의 동향. ·················································································· 31

단분산 구형 나노 콜로이드의 제조(1) ······································· 32

콜로이드 결정(2) ········································································ 33

다공체(3) ···················································································· 34

전기적 집합체(4) ········································································ 34

제3장 기술특허 정보분석 ······································································ 37

문헌 정보 분석 및 기술개발 동향1. ······················································ 37

가 정보분석 대상 와 검색조건. DB ····················································· 37

나 문헌정보 분석. ··············································································· 39

연도별 추이 분석(1) ··································································· 39

국가별 추이 분석(2) ··································································· 40

연구 기관별 분석(3) ··································································· 41

문헌 종류(4) ··············································································· 42

처리코드분석(5) ·········································································· 43

iii기술분류별 추이건수(6) ····························································· 44

특허정보 분석 및 기술개발 동향2. ························································ 47

가 정보분석 대상. DB ········································································ 47

나 특허정보 분석. ··············································································· 48

한국 특허(1) ··············································································· 49

미국 특허(2) ··············································································· 58

일본 특허(3) ··············································································· 64

제4장 결 론 ························································································ 71

기술 및 시장의 향후 전망1. ·································································· 71

연구개발 전략 및 정책적 제언2. ··························································· 73

참 고 문 헌< > ·························································································· 75

iv

표 차례

표 상업적으로 판매되고 있는 단분산 구형 콜로이드< 2-1> ······················· 32

표 문헌 정보 분석 대상< 3-1> DB ······························································ 38

표 문헌 검색식< 3-2> ··················································································· 38

표 주요 연구기관< 3-3> ··············································································· 42

표 주제분류표< 3-4> COMP DB ································································· 45

표 특허정보 분석 대상< 3-5> DB ································································ 47

표 특허 검색식< 3-6> ··················································································· 48

표 연도별 한국 특허 출원 추이< 3-7> ························································ 49

표 나노기술을 응용한 클로이드 특허 목록 한국< 3-8> ( ) ····························· 51

표 한국특허 출원인 소속 국가별 현황< 3-9> ·············································· 52

표 한국특허의 특허 출원인 분석< 3-10> ····················································· 53

표 한국특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-11> ············································ 55

표 한국특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-12> (IPC) ································· 57

표 국제특허분류 코드 내용< 3-13> (IPC) ···················································· 57

표 미국 특허의 출원인< 3-14> ····································································· 59

표 미국특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-15> (IPC) ································· 60

표 미국특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-16> ············································ 61

표 일본 특허의 출원인< 3-17> ····································································· 66

표 일본특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-18> ············································ 66

표 일본특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-19> (IPC) ································· 69

v

그림 차례

그림 차원 콜로이드 결정의 미세구조< 2-1> 3 ················································ 9

그림 부피 주형 및 표면 주형 을 이용한< 2-2> (a) (b)

다공체의 미세구조SEM ··························································· 12

그림 비정질 및 결정질 다공체의 사진< 2-3> TEM ···································· 13

그림 계층적 기공구조를 갖는 다공체< 2-4> ················································ 14

그림 전기화학 반응으로 금속 구로부터 구리 선이< 2-5>

형성되는 기구를 보여주는 그림 ················································ 17

그림 조립을 이용하여 금 나노입자가 마이크로 섬유로< 2-6> DEP

성장하는 모양을 보여주는 사진 ················································ 19

그림 두개의 금 전극 사이를 를 주형으로 사용하여< 2-7> DNA

회로를 구성하는 개략도Ag ····················································· 20

그림 플라스틱 다면체에 구리 회로를 입히고 용융 땜납에< 2-8> (a)

넣어 자기조립하는 공정 자기조립으로 완성된. (b) 2×2×3

다면체회로 ················································································· 21

그림 금속 나노막대를 이용하여 분자의 흡착을 검출하는 개략도< 2-9> ···· 22

그림 라텍스 입자의 조립을 이용하여 제조한 마이크로< 2-10> DEP

바이오 센서의 검출 기능을 나타내는 개략도 ························· 24

그림 의사 생체용액 내에서 아파타이트가 유리다공체로부터< 2-11>

성장하는 미세구조 사진SEM ················································ 24

그림 실리카 콜로이드 결정의 특성< 2-12> PBG ········································ 26

그림 다공체 제조법 및 구성도< 2-13> Au SERS ······································· 27

그림 나노 결정을 이용한 이종접합체의< 2-14> p+-n

구조 및 특성I-V ···································································· 28

vi그림 흑백 나노입자의 전기이동 효과에 의한< 2-15>

디스플레이 개념도 및 사진 ····················································· 29

그림 구형 콜로이드 결정의 공을 제조하는 방법과< 2-16>

그 미세구조 사진 ··································································· 31

그림 콜로이드의 질병진단용 센서응용< 2-17> ············································ 34

그림 문헌발표 추이< 3-1> ············································································ 39

그림 국가별 문헌발표 추이 및 분포도< 3-2> ·············································· 40

그림 국가별 연도별 문헌 분포< 3-3> ·························································· 41

그림 문헌 종류 분석< 3-4> ·········································································· 43

그림 처리 코드 분석< 3-5> ·········································································· 44

그림 기술분류코드 분석< 3-6> ····································································· 45

그림 주요 저널 논문 추이< 3-7> ································································· 46

그림 한국특허의 연도별 출원 추이< 3-8> ··················································· 50

그림 한국특허의 국가별 특허출원 추이< 3-9> ············································ 52

그림 한국특허의 출원인별 추이< 3-10> ······················································· 54

그림 한국특허의 주요 출원인 국제특허분류< 3-11> (IPC) ························ 55

그림 미국 특허의 연도별 출원 추이< 3-12> ················································ 58

그림 미국 특허의 출원인별 추이< 3-13> ····················································· 59

그림 미국특허의 국제특허분류 추이< 3-14> (IPC) ······································ 61

그림 일본 특허의 연도별 출원 추이< 3-15> ················································ 64

그림 일본특허의 출원인별 추이< 3-16> ······················································· 65

그림 일본특허의 국제특허분류 추이< 3-17> (IPC) ······································ 69

그림 일본특허의 주요 출원인 국제특허분류< 3-18> (IPC) ························ 69

1

1

서 론

연구 배경1.나노수준의 물질은 마이크로수준의 물질과는 다른 특성을 지닌다.

동일한 물질 내에서도 입자크기가 나노미터 수준으로 미세해지면 물,

질 자체의 전자 및 결정구조의 변화 입자의 표면적 증가에 따른 표,

면 물성의 증가 등으로 인하여 현재 주로 연구되고 있는 마이크로미

터 수준의 입자와는 매우 다른 물리적 화학적 전자기적 광학적 특, , ,

성을 갖게 되는 것이다 에너지의 양자적 특징은 나노미터 수준의 미.

세구조의 성질을 이해하기 위한 중요한 이론적 토대를 마련해 주었으

며 광전자기적으로 원하는 특성을 갖는 재료를 디자인할 수 있도,

록 하여 주었다 이렇게 특별한 기능을 나타내기 위해 디자인된 미세.

나노 구조체들은 그것을 이루는 기본적인 단위체들의 크기에 따라 발

현되는 독특한 물리적 특성을 보인다.

콜로이드에 관한 연구는 예전부터 지속되어 왔지만 최근들어 나노,

콜로이드 부문에 관한 연구활동이 지속적인 증가를 보이고 있다 콜로.

이드 결정은 그 자체가 중요한 연구 대상일 뿐 만 아니라 다른 나노구

조물 제작을 위한 차 또는 차원적인 주형으로 사용될 수 있기 때문2 3

이다 또한 양질의 콜로이드 결정을 제조할 수 있게 되면서 이를 주형. ,

으로 사용한 매크로 다공체의 연구가 활발해졌다 나노 콜로이드 입자.

2 나노 콜로이드 제조 및 응용

부터 크기의 소재에 이르기 까지 넓은 범위의 물체를 이용하여mm

전기적 기능을 갖는 구조체를 제조하는 연구도 주목을 받고 있다.

연구 목적2.본 연구는 이러한 나노 클로이드 입자의 제조와 응용에 관한 국내

외 최신 연구활동을 고찰하면서 기술문헌과 특허정보분석을 병행하,

였다 정성적인 연구개발동향분석과 정량적인 정보분석을 통하여 현.

단계 주요 콜로이드 기술 동향을 진단하여 연구개발현황의 입체적인

정보를 제공하였다 나아가 국내 나노 콜로이드 부문 연구진간의 정. ,

보교류 및 협력활동을 증진시키고 상호협력을 통한 시너지 효과를,

극대화 하는데 연구의 목적이 있다 본 보고서가 국가정책수립자에게.

는 국가연구개발 자원의 효율적 활용과 연구개발의 성공가능성을 높

일 수 있는 기초분석자료를 제공하고 정보획득 및 분석에 한계가 있,

는 기업 및 연구기관의 기획 및 전략수립자들에게는 사업계획 또는,

연구개발계획 수립시 객관적이고 충실한 정보를 제공하게 되기를 기

대한다.

연구 방법3.본 장에서는 콜로이드 입자를 사용하여 제조한 기능성이 부여된 콜

로이드 구조체의 연구개발현황을 문헌의 연구결과를 통하여 고찰하였

다 또한 문헌정보분석을 위하여 공학기술분야의 대표적인 데이터베.

이스인 를 사용하였으며 특허정보분석은 한국과학COMPENDEX DB ,

기술정보연구원 에서 제공하고 있는 및(KISTI) USPA, JEPA KUPA

제 장 서 론1 3

를 선택하였다DB .

제 장은 콜로이드 기술에 대한 정의 및 개념에서 주요 기술 및 특2

성 기술의 분류에 대해서 기술하고 각각의 세부 기술과 국내외 연구,

개발 동향에 대해서 분석하였다 제 장은 콜로이드에 대한 문헌 및. 3

특허 정보 분석을 수행하였다 제 장은 나노 콜로이드 및 콜로이드. 4

기술의 향후 연구 전망과 파급효과에 대해서 기술하였다.

5

2

기술 및 연구개발 동향

본 장에서는 콜로이드 입자를 사용하여 제조한 기능성이 부여된 콜

로이드 구조체에 대하여 기술하고자 한다 구조체의 형태는 차원 또. 2

는 차원 콜로이드 결정 콜로이드 결정을 이용하여 만든 다공체 및3 ,

콜로이드 입자의 상호 연결을 통하여 전기적 회로로 연결된 소자 등

이 있다 또한 각종 구조체의 제조방법 응용 분야에 대하여 아울러. ,

설명하였다.

기술개요 및 특성1.가 콜로이드 결정.

최근 입자의 크기 모양 조성 표면물성 등이 균일한 단분산 콜로, , ,

이드를 제조할 수 있게 되면서 콜로이드 입자를 이용한 기술이 발[1]

전되고 새로운 응용분야가 발견되고 있다 특히 구형 콜로이드 입자.

는 가장 성공적으로 연구에 적용된 사례인데 이는 가장 단순한 형태,

로 핵생성 및 성장에 대한 접근을 용이하게 하였다.

구형 단분산 콜로이드는 장주기 질서를 갖는 결정형태로 쉽게 조립될

수 있고 콜로이드 분말 자체의 성질 뿐만 아니라 규칙적인 격[2], 자에서

오는 여러 가지 흥미있는 기능성을 보여준다 예를 들어 차. 3 원 콜로이드


결정을 이용하여 제조한 새로운 포토닉 밴드갭(Photonic Bandgap, PBG)

구조체는 고효율 광원 광검지기 도파로 광학회로 광통신 레이저 등의, , , ,

제조를 가능하게 하기 때문에 기술적으로 중요하다 그 외에도 차원[3]. 2

결정은 화상처리용 마이크로 렌즈 광식각 재료 로 응용할 수 있다[4], [5] .

나 다공체.

콜로이드 입자를 이용하여 다공체를 제조할 수 있다 국제순수 및 응.

용화학연합(International Unit of Pure and Applied Chemistry,

에 의하면 기공의 직경에 따라서 보다 작은 경우는 마이크IUPAC) 2nm

로 기공 이면 메조 기공 보다 크면 매크로 기공으로 분, 2 50nm , 50nm～

류된다 작은 기공을 가지는 다공체 중에서 제올라이트는 기공이 작[6].

고 비표면적이 매우 높으며 구조해석이 잘 되어있어서 상업적으로 많

이 사용되고 있다 그러나 분자체 분자 흡작체 크기 형태 선택성 촉매. , , /

등과 같이 매우 작은 분자 크기의 물질에만 적용되는 한계가 있다.

매크로 기공의 경우는 기공 통로의 직경이 크기 때문에 구조체 내

에서 물질 이동을 쉽게 하여 확산의 저항을 줄여준다 특히 선택[7].

성과 비표면적이 높은 마이크로 또는 메조 기공이 포함되면 각종 촉

매 흡착제 크로마토그라피 센서 등 다양한 분야에서 응용 가능하다, , , .

또한 콜로이드 결정과 마찬가지로 로 이용할 수 있고 그 외에PBG ,

표면증강라만분광법(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS),

배터리 재료 바이오 재료 등으로 연구되고 있다, .

다 전기적 집합체.

나노 콜로이드 입자를 이용하여 전기적 회로로 연결된 소자를 제조

제 장 기술 및 연구개발 동향2 7

할 수 있다 콜로이드 결정을 조립한 후 전기장이나 전류에 의하여.

입자를 이동시킴으로써 회로를 완성한다 콜로이드 입자에 적용되는.

대부분의 힘은 예를 들어 정전기적 힘 반데르발스 힘 등 방향성을( , )

갖지 못하고 잘 배열되고 방향성을 갖는 전기 소자를 유지할 만큼,

충분히 강하지 못하다 전기적 회로를 구성하는 방법은 다음과 같은.

것이 있다.

첫째 화학적 또는 전기화학적 환원에 의해서 금속을 증착시키는 방

법이 있다 환원된 금속은 대개 차원 선형으로 성장하지 못하므로[8]. 1

회로 연결과 소자를 구성하기 위한 환원공정의 개선이 중요한 과제이

다 둘째 용액 중에서 금속이온의 환원은 반응물의 화학적 활성이나.

너무 늦은 증착속도로 인해 제약을 받으므로 금속 콜로이드 입자를 사

용하는 시도가 있다 이 방법은 전기유동 또는 자기유동 액체 내에[9].

서 입자가 방향성이 있는 사슬을 형성하는 성질을 이용한다 사슬로.

연결된 입자가 전기 전도체이면 소자를 연결하는 회로가 구성된다 셋.

째 액체와 접촉한 부분에 작용하는 계면장력으로 발생하는 모세관 힘

은 장거리 인력을 발생시켜 크기의 물체를 조립한다mm [10].

구조 및 제조법2.가 콜로이드 결정.

전 절에서 언급한 바와 같이 콜로이드 결정의 연구는 재현성 있고

공정이 단순하며 대량생산이 가능한 단분산 구형 콜로이드 제조기술

의 발전과 밀접한 관련이 있다 이는 균질하고 장거리 질서를 갖는.

큰 도메인의 결정을 얻는데 필수적이다 에멀젼 중합법에 의한 고분.


자 라텍스의 제조 침전법을 이용한 무기질 콜로이드 일반적으로[11], (

비정질 실리카 의 제조 가 대표적으로 성공한 경우이다) [12] .

무기질 콜로이드 입자는 핵생성 및 입자성장의 두 단계로 만들어지

는데 단분산을 얻기 위하여 각 단계를 엄격히 분리하여야 하고 입자,

성장 동안 핵생성이 발생하면 안된다 비정질 실리카 입자의 표면은.

실라놀기 로 이루어지는데 가 이상에서 음전하를 띤다(-Si-OH) , pH 7 .

표면의 물성을 변화시켜 자기조립에 적합한 특성을 얻는다.

에멀젼 중합법은 단위체 분산매 에멀젼화제 개시인자 등이 필요, , ,

하다 폴리 메틸메타크릴레이트 와 폴리스타이렌 고분. ( , PMMA) (PS)

자 입자가 이 방법으로 제조되었다 표면은 보통 황산염 군으로 단락.

되어 음의 전하를 띤다 와 같은 산이나 같은 염기도. -COOH -NH2

표면층을 이룰 수 있으며 로 이들의 전하를 조절할 수 있다 특정, pH .

한 범위에서 표면전하는 음과 양의 전하가 균형을 이루어 양쪽성pH

콜로이드 계를 이룬다(amphoteric) .

결정(1) 3D

차원 콜로이드 결정을 제조하는 일반적인 방법으로 중력을 이용한3

침강법 표면 전하를 띤 입자의 정전기적 반발력을 이용한 규칙배열,

방법 용매의 증발에 따른 모세관 힘을 이용한 결정화 등이 있다, [13].

침강-

중력을 이용한 침강법으로 결정 또는 무정형의 치밀한 침전물을 얻

을 수 있다 이 방법 자체는 간단하나 중력 이외에도 브라운 운동 핵. ,

생성 및 성장에 의한 질서 무질서 상전이와 같은 복잡한 힘이 공존하-


기 때문에 콜로이드의 크기 및 밀도 침강속도 등을 완벽히 조절해야,

콜로이드 결정을 얻을 수 있다 구형 입자를 사용하고 침강속도가 충.

분히 낮아지면 상전이를 거쳐 장거리 규칙성을 갖는 결정격자가 용기

바닥에 형성된다 만약 입자크기가 이하보다 작거나 입자[14]. 100nm

의 밀도가 분산매의 밀도와 거의 같으면 분산 상태로 평형을 이룬다.

비정질 실리카의 밀도가 고분자보다 높으므로 침강법에 적합하다 결.

정구조는 주로 최밀입방구조 가 얻어진다(ccp) .

이 방법의 단점으로는 수 주일 이상의 긴시간이 필요하고 차원, 3

격자가 포함하는 층의 수를 조절하기 어려우며 중력 방향으로 불규,

칙 구조가 나타나기 쉬우며 가장 중요한 점은 다결정이나 비정질 구,

조로 침강되기 쉽다는 것이다 이와 같은 문제점은 침강속도를 높이.

기 위해 원심력이나 전기장을 이용하거나 진동을 가하여 결[11] [15],

정성을 높이는 방법 으로 부분적으로 해결되고 있다 그림[16] . < 2-1>

은 차원 콜로이드 결정의 미세구조를 보여준다3 .

그림 차원 콜로이드 결정의 미세구조< 2-1> 3 [17]


정전기 반발-

전기적 중성인 구형 입자간에 작용하는 힘은 단거리에 작용하는 입

체 반발력과 장거리에 걸친 반데르발스 인력이 있다 전해질을(steric) .

포함하는 용액에 분산되어 있는 전하를 띤 입자 간에는 위의 두가지

힘보다 크고 장거리에 걸친 쿨롱 반발력이 존재한다 전해질의[18].

농도가 증가할수록 전기이중층에 위치한 카운터 이온의 증(counter)

가로 인해 정전기적 인력은 크게 감소하여 어느 농도 이상에서는 반

데르발스 인력이 더 커져 콜로이드 입자가 응집하게 된다 여기서 전.

해질 농도를 낮추게 되면 정전기적 반발력이 커져서 입자들이 입자

직경 정도의 거리를 유지하며 결정구조를 유지하게 된다 이 방법으.

로 얻어지는 결정구조는 bcc, hcp, rhcp, AB2 구조 등이 있다[19].

이는 대형 결정을 제조하는데 가장 유력한 방법이지만 전해질을 이

온교환 수지를 통해 제거하여야 하고 온도 단분산성 표면전하 밀도, , , ,

입자의 농도 등을 정확히 조절하여야 하는 난점이 있다.

모세관 힘-

모세관 힘은 처음에 각종 기판위에 차원 배열을 형성하는데 이용2

되었다 용매가 천천히 증발하면서 구형 입자는 모세관 힘에 의[20].

해 이동하여 치밀한 구조로 결정화된다 제조 효율을 높이고 우수한.

결정을 얻기 위하여 콜로이드 용액을 스핀 코팅하여 용매의 증발을

가속시키기도 한다 얻어진 배열 위에 다시 한 층씩 쌓아서 결. 2D 3D

정을 얻게 되는데 매우 엄밀한 공정이 요구된다, [21].

고체 매트릭스내 고정체(2)

콜로이드 결정은 엄밀하게 조절된 온도범위와 기계적 진동을 최소


화 시킨 상태에서 제조되므로 열이나 충격을 받으면 쉽게 파괴된다.

이는 고체 매트릭스 내에 콜로이드 분말을 고정시켜 해결할 수 있는

데 첫째 열처리나 자외선에 의하여 경화되는 매질에 분산시키는 방,

법 둘째 콜로이드 결정 사이의 기공을 경화 매질로 침투시키는[22],

방법 이 있다[23] .

나 다공체 구조.

실리카 폴리스타이렌 폴리 메틸메타크릴레이트 등, (PS), ( , PMMA)

의 단분산 구형 콜로이드로 제조된 콜로이드 결정을 주형으로 사용하

여 전구체를 침투시킨 후 주형을 제거하여 다공체를 제조하는 것이 일

반적이다 고분자 콜로이드 결정은 유리 전이점보다 약간 높은 온도에.

서 열처리하고 실리카는 고온에서 소결하여 입자 사이를 접합시킨다.

이는 콜로이드 결정을 후처리 공정에서 안정하게 유지시키고 연속적인

기공을 만들어준다 고분자 주형은 저온 하소나 아세톤 톨루엔 등으로. ,

제거한다 실리카는 고온에서 전구체를 침투시켜야 하는 경우 유효하.

며 불산이나 수산화 알칼리금속 용액으로 주형을 제거한다, .

솔 젤법(1) -

금속알콕시드의 가수분해 및 중합을 이용하여 각종 금속 산화물의

다공체를 제조한다 지금까지. Si, Ti, Zr, Al, W, Fe, Sb, Sn, Nd, Sm

등의 산화물 다공체가 제조되었다 액체 전구체는 모세관 힘에 의하.

여 이미 만들어진 콜로이드 결정 전구체로 자연히 침투되나 진공을,

걸어 침투 효율을 높이기도 한다 주형에 알콕시드를 침투시키기[24].


그림 부피 주형 및 표면 주형 을 이용한 다공체의 미세구조< 2-2> (a) (b) SEM [26]

(a) (b)

전에 다양한 유기 물질로 콜로이드 입자의 표면에 기능성을 부여하여

주형과 전구체의 반응을 증진시킨다 예를 들어 금속알콕시드를 알콜.

로 희석시키면 점도와 전구체의 반응성을 낮추기 때문에 침투 및 적

심성을 높여준다[25].

전구체가 주형 입자를 적시는 정도는 기공의 형태에 영향을 미친다

액체 전구체가 주형을 적시지 않으면 기공을 완전히 채우게 되[26].

어 얻어진 다공체의 벽은 치밀한 구조를 갖는다 부피 주형 그 반면( ).

에 전구체가 주형을 완전히 적시면 전구체의 기공내 흐름을 방해하기

때문에 다공체의 교차점에 작은 기공이 나타난다 표면 주형 그림( ). <

에 미세구조를 나타내었다2-2> .

다공체의 벽은 열처리 조건에 의해서 영향을 받는다 실리카는 열.

처리 후에도 비정질로 남아 있으나, Al2O3, ZrO2, TiO2와 같은 산화물

은 고온에서 결정화된다 그림 의 사진은 두가지 경우의. < 2-3> TEM

차이점을 보여준다 비정질 다공체의 벽은 평활한 반면 결정[24, 26].

질 다공체의 벽은 작은 결정립으로 구성되어 있다 결정질 다공체에.

서 결정립의 크기가 기공보다 매우 작으면 광학회절에 필요한 균질한


그림 비정질 및 결정질 다공체의 사진< 2-3> TEM [24, 26]

(a) (b)

주기성을 얻을 수 있다 결정립 크기가 기공과 비슷해지면 주[24, 27].

기성이 깨지며 결국에는 기공의 연결이 파괴된다.

침전법(2)

콜로이드 결정의 기공 내에 금속염을 침투시키고 침전시킨 후 고온

에서 열분해 시켜 다공체 구조를 얻는다 이 방법은 금속 알콕시[28].

드 전구체의 점도가 높고 수분에 민감하며 전구체 자체를 얻을 수, ,

없는 경우에 효과적이다.

열분해 분위기에 따라 다공체 물질의 조성이 바뀐다 금속염과 고.

분자 콜로이드 결정을 공기 중에서 열분해하면 산화물이 얻어지고,

중성 또는 환원성 분위기에서 하면 금속 다공체가 얻어진다 질소 분.

위기를 사용하면 정도의 탄소가 금속 위에 박막으로 존재하나10wt%

수소 분위기를 사용하면 이하의 탄소 함량을 보인다 열분해로2wt% .

인하여 다공체의 수축이 발생하나 비교적 작고 균일한 입자를 얻을

수 있다.


그림 계층적 기공구조를 갖는 다공체< 2-4> [31]

나노 입자 조립(3)

콜로이드 결정의 공간을 채우는 액체 전구체의 대용으로서 주형보

다 매우 크기가 작은 나노 입자 를 사용할 수 있다 이는 나(~10nm) .

노 입자가 제조될 수 있다면 어떠한 조성의 다공체도 제조 가능하고,

수축을 최소화 시킬수 있는 방법이다. Au, TiO2, SiO2 마그네, CdSe,

타이트 제올라이트 등이 제조되었다, .

주로 두가지 방법으로 제조되는데 첫째 콜로이드 결정에 나노 입자,

의 용액을 침투시킨 후 용매를 서서히 증발하는 동안 나노 입자를 공

간 사이에 침적시키거나 둘째 콜로이드 결정 입자와 나노 입자를[29],

포함한 용액을 제조한 후 콜로이드 결정을 집적함과 동시에 나노 입자

를 공간 사이에 침적시키는 방법이 있다 나노 입자를 이용하면[30].

그림 와 같이 매크로 기공과 함께 마이크로 기공을 함께 포함하< 2-4>

는 계층구조 다공체를 제조할 수 있다(hierarchical structure) [31].

에멀젼 주형법(4)

에멀졀 주형법은 고체 입자가 아닌 계면활성제로 안정화된 기름 액


적이 극성 용매에 단분산된 에멀젼을 이용한다 솔젤 전구체를[32].

극성 용매에 첨가하고 원심분리기를 사용하여 부피 분율을 이상50%

높인 후 액적이 치밀 구조로 질서도를 갖도록 유도한다 에멀젼을 젤.

화 시킨 후 기름 액적을 세척해 내고 하소시켜서 다공체를 얻는다.

이와 같은 에멀젼을 이용하여O/W(oil in water) TiO2, SiO2, ZrO2,

폴리아크릴아미드 등이 제조되었다(polyacrylamide) .

이 방법의 장점은 기름 액적이 에탄올 세척으로 쉽게 제거된다는데

있다 또한 액적은 모양이 쉽게 변하므로 젤화 되는 동안 수축에 의.

해 균열이 발생하지 않으며 건조 및 하소 전에 액적을 제거하기 때,

문에 하소 시 발생하는 상전이에 의한 스트레스를 기공율의 손실 없

이 구조체가 흡수할 수 있다.

전기화학 증착(5)

위에서 언급한 방법들은 솔젤 반응 중 용매의 손실 전구체의 분해,

로 인한 부피 수축 나노 입자 사이에 이미 존재하는 기공 등으로 인,

하여 콜로이드 결정의 공간을 완전히 채울 수 없다 전기화학 증착법.

은 콜로이드 결정을 도전성 기판 위에 성장시키고 소결하여 기계적

강도를 증진시킨 후 전기화학 증착을 한다 증착은 기판으로부터[33].

시작하여 공간을 채우며 증착 시간으로 막의 두께를 조절한다, . CdS,

CdSe, Au, Ni, Co, Pt, Pd, SnCo, ZnO, WO3 및 전도성 고분자에 대

하여 적용되었다.

이 방법은 다공체를 구성하는 물질이 공간에서 성장하여 어떤 균열

이 있어도 채워나가므로 공간을 거의 완전히 채운다 따라서 주[34].

형을 제거한 후에도 수축이 거의 없고 기계적 강도가 증가한다, .


이상 언급한 방법 외에도 산화물 환원법 용매열[28], (solvothermal)

합성법 화학기상 증착법 무전해 도금법 열분해법[35], [36], [37], [38]

등이 있다 이는 모두 콜로이드 결정을 주형으로 사용하는 방법인데. ,

이와는 달리 콜로이드 결정 제조 시 코어 셀 구조를 갖는- (core-shell)

입자를 사용하여 다공체를 제조할 수도 있다 고분자 콜로이드 구의.

표면에 반대 극성을 갖는 전해질이나 나노 입자를 코팅하여 셀 구조

를 만들고 이들을 콜로이드 결정으로 성장시킨 후 하소하여 코어 물

질을 제거하여 다공체를 얻는다 이 방법의 장점은 결정화 전에[39].

셀의 두께를 조절함으로써 두꺼운 막을 갖는 다공체를 제조하는데 있다.

다 전기적 회로 연결.

전기화학 증착에 의한 회로 조립(1)

금속이나 반도체를 전기화학 환원으로 일정한 막대 모양으로 만든

후 이를 특정한 형태로 배열하여 회로를 완성한다 제조 방법은[40].

다음과 같다 막 의 한쪽 면에 금속 전극을 증착하여 기공. (membrane)

을 막으면서 기공 내로 금속 막대를 성장시킨다 금속은 기공을 채우.

고 있는 용액의 전기도금으로 제조한다 막대의 직경은 막의 기공과.

동일하며 보통 정도이다 주형 막을 분해하여 금속 막대200~300nm .

의 현탁액을 얻는다 막대의 끝은 방향성 조립을 위한 기능성이 부여.

된다 이 방법으로 등과 같은 금속 막대가 제. Ag, Pt, Pd, Ni, Co, Cu

조되었다 금속에 반도체를 접합하여 정류 또는 비선형 금속 반도체. -

접합을 제조할 수 있다 이는 전기도금과 나노입자의 조립을 병[41].

행하여 얻는다 막대 끝에 싸이올이나 사이안화물 군 등의 분. , DNA


자를 부착시켜 기능을 부여한다 현탁액 내의 막대는 외부 전기장이.

나 자기장에 의해 배열되고 조작된다.

두 금속 사이의 전기화학 반응을 이용하여 방향성을 갖는 회로의

연결이 가능하다 금속 구가 분산된 용액에 마주보는 전극을 설[42].

치하고 일정한 전계를 걸면 분극에 의하여 각 금속 구에 작은 전극이

만들어진다 구의 전극으로부터 전기화학(electrochemical polarization).

반응으로 금속이 성장하기 시작하여 가장 가까운 반대쪽 구의 전극으

로 연결된다 그림 에 구리 선이 성장하는 기구를 나타내었다. < 2-5> .

전계를 거는 방향을 바꾸어줌으로써 금속 구로부터 구리 선이 성장하

는 방향을 제어할 수 있다 이는 회로 기판이나 전기 회로에서 원하.

는 방향으로 도선을 연결할 수 있음을 의미한다.

그림< 2-5> 전기화학 반응으로 금속 구로부터 구리 선이 형성되는 기구를 보여주는 그림 [42]


나노 입자에 의한 회로 조립(2)

기름에 분산된 금속 입자에 직류 전계를 가하면 수십초 동안에 전극

사이를 연결하는 사슬을 형성한다 끊어진 사슬이 있으면 입자들이 자.

동적으로 그곳에 모여 사슬을 완성하기 때문에 자가수복(self curing)

성질이 있다 그러나 전계를 더 이상 가하지 않으면 입자 사슬이[43].

해체되기 때문에 영구적인 구조를 만들 수 없다 또한 기름 내에서 큰.

입자를 사용하기 때문에 마이크로 크기의 소자 또는 생화학 분자나 세

포를 포함하는 소자를 제조할 수 없다.

위와 같은 문제점을 극복하려면 물에 분산된 전도성 나노입자를 기본

으로 직접 조립하는 기술이 필요하다 콜로이드 용액 내의 입자가 전기.

장에 의해 받는 힘은 첫째 직류 전기장에 의한 전기이동(electrophoretic)

힘 둘째 교류 전기장의 기울기에 비례하여 인력이나 척력이 발생하는,

힘 셋째 입자 입자간 쌍극자 인력에 의한dielectrophoretic(DEP) , -

힘 등이 있다 또는 방향으로 교류 전계를 가하여chaining [44]. 2D 3D

막대를 배열시키면 막대는 전계 방향을 따라 가장 전계강도가 높은 부위

에 모이게 된다.

의 교류전압을 평면 전극에 걸어 전계강도는 약50~250V, 50~200Hz (

힘을 이용하면 크기의 나노 입250V/cm) dielectrophoresis 15~30nm

자들이 전극 선단으로부터 성장하기 시작하여 전극을 단락시킬 때까지

직경이 수 인 금속성 섬유로 성장한다 나노 입자들이 직접 사m [45].μ

슬을 형성하는 것이 아니라 입자 내의 쌍극자 간의 상호작용으로 성장

하는 것으로 성장하는 마이크로 섬유의 선단에 국부적으로 높은 전계,

강도 및 기울기를 형성하여 입자를 집중시킨다 그림 에서 보듯이. < 2-6>

나노 입자는 섬유 선단으로부터 반대쪽 전극을 향하여 성장해 나간다.


그림 조립을 이용하여 금 나노입자가 마이크로 섬유로 성장하는 모양을< 2-6> DEP

보여주는 사진 [45]

마이크로 섬유의 성장 방향은 전극 사이에 높은 유전율을 갖는 물

질을 삽입하여 전계의 분포를 불균일하게 해줌으로써 조절한다 예를.

들어 작은 탄소 알갱이를 전극 사이에 배치하면 탄소를 징검다리 삼

아 섬유가 성장한다 이를 이용하여 여러개의 회로가 연결된 구조를.

만들 수 있다 전계강도와 입자 농도 또한 중요한 변수이며 어느 임. ,

계치 이상이 되어야 성장이 일어난다.

주형을 사용하여 나노 입자를 연결하여 회로를 구성할 수도 있다

금속 전극 표면을 고분자로 흡착시키고 그 사이를 로 연결[46]. DNA

한다 를 주형으로 하여. DNA AgNO3 용액에서 은 입자를 환원 흡착

시켜 회로를 완성한다 그림(< 2-7>).


그림 두개의 금 전극 사이를 를 주형으로 사용하여 회로를 구성하는< 2-7> DNA Ag

개략도 [46]

모세관힘에 의한 회로 조립(3)

그림 에 모세관 힘을 이용한 회로 소자를 나타내었다 폴< 2-8> [47].

리이미드 필름 위에 광식각으로 구리 회로를 입히고 이를 절단하여 수

크기의 다면체 표면에 접합시킨다 발광다이오드와 같은 소자를mm .

연결하고 각각의 다면체를 밀도가 비슷한 용융 땜납에 넣는다 이미 그.

려진 회로를 따라 위치가 일치하는 두개의 다면체 사이에 용융 땜납이

모세관 힘에 의하여 작용하여 다면체가 자기조립된다 그림 를. < 2-8(b)>


보면 개의 다면체가 모세관 힘에 의해 조립되어 있다2×2×3 .

모세관 힘을 이용하여 반도체 공정에서 전자회로 소자를 이송시키

거나 회전시킬 수도 있다 또한 원하는 전극 자리에 와 같은 소. LED

자를 배열시키는데 이용한다 이는 자기조립 과 자기배. (self-assembly)

열 을 이용하는데 우선 반도체 칩을 전극의 한쪽 끝에(self-alignment) ,

부착시키면 전극의 반대쪽은 모세관 힘에 의해 칩과 자기배열된다.

복잡한 원통형 기판에 차원으로 소자를 배열할 수 있는 유력한 방법3

이다 그러나 정도 크기의 미리 만들어진 물체 위에서만 작동하. mm

고 조립된다는 한계가 있다.

그림 플라스틱 다면체에 구리 회로를 입히고 용융 땜납에 넣어 자기조립< 2-8> (a)

하는 공정 자기조립으로 완성된 다면체회로. (b) 2×2×3 [47].

(a) (b)


응용 분야3.가 화학 기능성 구조체.

나노 입자나 막대는 비표면적이 매우 크기 때문에 전기적 특성이

주위의 환경변화에 대단히 민감하다 예를 들어 그림 에서 보는. < 2-9>

바와 같이 전기화학법으로 제조한 금속 막대를 수백 의 간격을 갖nm

는 전극으로 배열하면 분자의 흡착에 의해 전기전도도의 변화가 나타

나므로 분자를 검출할 수 있다 여러 가(chemiresistance effect) [48].

지 종류의 화학물질 센서에 대한 연구가 진행중이다[49].

그림 금속 나노막대를 이용하여 분자의 흡착을 검출하는 개략도< 2-9> [48]


매크로 기공과 마이크로 또는 메조 기공이 공존하면 마이크로 메조( )

기공이 분자 흡착의 선택성을 부여하고 매크로 기공을 통하여 화학물

질의 전달이 쉬워지므로 효과적인 화학센서로 작용할 수 있다 다[7].

공체에 흡착성이나 촉매 기능을 부여하기 위하여 화학적 기능을 갖는

물질을 연결기에 의하여 부착시킨다 예를 들어. TiO2나 ZrO2 다공체

지지체에 싸이올 기능기를 실록산이나 설폰 연결기를 통하여 부착시킨

다 이 물질은 수용액에서 금속을 흡착하여 제거하는 기능을 한다. [50].

그 밖의 응용으로서 산화물 반도체는 고온에서 반응성 기체와 접촉하

면 전기전도도의 변화로 반응하는데 매크로 기공에 의하여 효율적인,

센서를 제조할 수 있다[51].

나 바이오 센서 생체 재료. ,

전자 칩이나 입자 집적체와 직접 연결된 바이오 센서는 광검출에

의한 기존의 기술에 비하여 많은 장점을 갖고 있다 이는 바이오 환.

경에 접촉하는 차원 구조체와 차원적인 전기회로로 구성되어 있다3 2 .

그림 을 보면 센서는 유리 기판 위에 광식각으로 입힌 금 전극< 2-10>

사이에 마이크로 입자가 조립된 형태를 하고 있다 마이크로 입[52].

자는 낮은 주파수에서 힘으로 전극 사이에 모여 있dielectrophoresis

다 각 입자는 정전기 반발력이나 계면활성제로 안정화되어 있기 때.

문에 반대 극성을 가진 계면활성제가 표면에 부착됨으로써 응집이 일

어나 고정된다 면역글로불린 이 나노입자. (Immunoglobulin, IgG) Au

와 함께 마이크로 입자에 부착되고 의 흡착에 의해 전극이 단락되, Ag

어 저항 측정에 의해 검출 가능하다 나노 입자의 전극 단락을 이용.

하여 의 전기적 검출도 가능하다DNA [53].


그림 라텍스 입자의 조립을 이용하여 제조한 마이크로 바이오 센서의< 2-10> DEP

검출 기능을 나타내는 개략도 [52]

그림 의사 생체용액 내에서 아파타이트가 유리다공체로부터 성장하는< 2-11> SEM

미세구조 사진 [54]


매크로 다공체는 의료용이나 생체재료로 응용이 가능하다 생체활.

성 다공체 유리는 생체 적합성이 있는 수산화탄산 아파타이트와 결합

하여 인공뼈를 성장시킨다 그림 은 솔젤법으로 제조한 다[54]. < 2-11>

공체 유리가 의사 생체용액 내에서 아파타이트를 성장시키는 모습을

보여준다.

다 포토닉 밴드캡 광학 센서. ,

차원 콜로이드 구조체의 응용으로서 포토닉 밴드캡 은 가장3 (PBG)

상업적 실현 가능성이 높은 재료다 재료란 마치 반도체 재료에. PBG

서 전자의 흐름을 제어하듯이 유전율의 차이로 광의 흐름을 제어하는

것을 말한다 완벽한 특성을 보이는 재료의 제조는 빛의 흐름을. PBG

가두거나 방향을 제어한다는 점에서 과학적 기술적으로 중요하다 또, .

한 광촉매 반응의 효율을 높이거나 광통신 레이저의 문턱을 낮추는데

기여할 수 있다.

완전한 를 제조하기 위한 몇가지 조건이 있는데 고체의 부피PBG ,

분율이 낮고 굴절율 차이가 어느 한도 이상이 되어야 하(~20 vol%),

며 사용하는 파장대에서 흡수율이 낮으며 적어도 파장의 길이만큼, ,

격자 주기성이 균일해야 한다[55].

낮은 고체 분율은 콜로이드 결정의 사용을 배제하는데 균일한3D ,

격자 주기성을 갖는 다공체의 제조는 주형으로 사용하는 콜로이드 결

정이 결함을 가질뿐 만 아니라 복제 시 결함이 발생하므로 예를 들어(

불완전한 기공채움 수축 균열 등 어려운 점이 있다 계산에 의하면, , ) .

매우 높은 굴절율 차이를 가지는 경우에도 정도의 격자상수 변화2%

에 가 소멸된다 제조 공정을 엄밀히 제어하여 결함을 제거PBG [56].


한다고 하여도 매크로 다공체 재료의 굴절율은 완전한 를 나타내PBG

기에 충분치 않다 광학 특성은 기공의 크기 기공 벽 재료의 굴절율. , ,

기공의 채움 등으로 조절한다.

콜로이드 결정은 주로 구조로 제조되는데 밴드갭이 나타나지3D fcc

않는 주파수 영역도 있다 구형 콜로이드 입자는. (spherical symmetry)

밴드갭의 형성을 방해하는 것으로 알려져 있는데 아직까지 구형 입자는,

콜로이드 결정을 제조하는데 가장 적합한 재료이다 그림 는 콜로. < 2-12>

이드 결정으로 제조한 광차단 소자의 특성을 보여준다 는 직경. (a)

인 실리카 콜로이드로 제조한 결정의 광 흡수단이고 와 는260nm , (b) (c)

와 에서 열처리한 결정의 흡수단이다 콜로이드 입자 사950 1050 [57].℃ ℃

이의 간격을 조절함으로써 흡수되는 광의 파장이 조절됨을 보여준다.

고체 매트릭스에 고정된 콜로이드 결정은 광 센서로 응용이 가능하

다 광은 특정 파장에서 식에 따라 회절하는데 결정격자의 간격. Bragg ,

이나 굴절율에 변화가 발생하면 회절조건이 변하게 된다 이 특성을 이.

용하면 주위의 환경변화를 감지하는 광 센서로 사용할 수 있다[27, 58].

그림 실리카 콜로이드 결정의 특성< 2-12> PBG [57]


라 표면증강라만 분광법. (SERS)

는 굴곡이 있는 금속 표면에서 표면 플라즈몬에 의하여 발생SERS

하는 강한 신호를 이용한다 콜로이드 결정을 주형으로 사용하여[59].

제조한 금속 다공체는 용으로 적합한 재료이다 주로 의 매SERS . Au

크로 다공체에 대하여 연구되었다 여기에 사용된 다공체는 와 라. Au

텍스 입자를 동시에 조립한 후 톨루엔으로 라텍스를 녹여내어 제조한

다 입자 사이에서 표면 플라즈몬이 상호작용하여 강한 전계를 발. Au

생한다 그 결과 다공체 표면 근처에 존재하는 분자는 강한 라만 스.

펙트럼을 나타낸다(104 이상의 강도 증진 매우 낮은 농도의 오염 물).

질을 검출하는데 유용할 것으로 예상된다.

그림 다공체 제조법 및 구성도< 2-13> Au SERS [59a]


마 배터리.

다공체는 계면에서 확산이 빠르기 때문에 연료전지나 배터리의 전극

재료로 유망하다 고체산화물 연료전지 의 음극 재료로서 금속염. (SOFC)

용액에서 전구체를 제조하고 이를 하소하여 다공체 Sr0.5Sm0.5CoO3를 제

조하였다 세리아 전해질과 결합하여 에서[60]. 600 267 mW/cm℃ 2의 전

력을 발생시켰다. LiMn2O4, LiCoO2, LiNiO2와 같은 전도성 산화물 다공

체는 이온 배터리용 전극으로 연구되었다Li [61].

바 반도체 이종접합.

여러 가지 종류의 반도체나 금속 나노 입자를 서로 반대되는 전하

를 이용하여 층상 구조로 조립하면 고체 반도체 소자처럼 전자 기능

을 갖는 이종접합이 얻어진다 현재 제너 다이오드 발광 다이오. [62],

드 광전소자 등이 제조되었다 실리콘이나 화합물 반도체를[63], [64] .

기본으로 하는 고체 반도체 소자에 비하여 이 방법은 제조가 간단하

고 층의 정확한 두께 조절이 가능하며 반도성을 갖는 많은 나노 입, ,

그림 나노 결정을 이용한< 2-14> p+

이종접합체의 구조 및 특성-n I-V [62a]


자(CdSe, CdS, Si, TiO2 등 중에서 선택할 수 있다는 장점이, ZnO )

있다 그림 는 반도체 나노 입자를 반도체 고분자 위에. < 2-14> CdSe

조립하여 제조한 이종접합 구조 및 다이오드의 특성을 보여주고I-V

있다[62a].

사 디스플레이.

위에서 언급한 응용 분야 이외에 콜로이드 입자를 이용한 기술로

전기이동 효과를 이용하여 액정 디스플레이를 대치하(electrophoretic)

는 전자종이가 있다 여기에 사용되는 잉크는 흑백의 나노 입자[65].

들이 들어가 있는 직경이 수십 수백 인 마이크로 캡슐로 구성된~ mμ

다 흑색과 백색의 입자는 서로 반대의 전하를 띠고 있어서 전계를.

그림< 2-15> 흑백 나노입자의 전기이동 효과에 의한 디스플레이 개념도 및 사진 [65]


가하면 서로 다른 방향으로 분리된다 마이크로 캡슐을 얇은 판위에.

부착시키고 로 전극을 구성한다 전계에 따라 흑백의 나노 입자들ITO .

이 배향되어 글자나 무늬를 표시하게 된다 이러한 디스플레이는 접.

거나 굽혀질 수 있으며 전계를 제거한 후에도 표시가 유지된다, .

국내외 연구개발동향4.가 국내의 동향.

우선 콜로이드 수용액이나 입자의 생산을 보면 국내에서 콜로이드,

실리카가 제조 판매되고 있으나 분산도가 크거나 완전한 구형 입자를,

생산하지 못하고 있다 예를 들어 주 나노하이브리드 주 케미콘 에( ( ) , ( ) ,

이스나노텍 주 등 주 용도는 나노다공체 및 광촉매 용 슬러리( ) ). , CMP ,

모르타르 혼화제 등이다 실리카 이외에 기능성 유기 무기 나노하이브. /

리드 단순산화물 및 복합산화물 초전도 및 초전도 응용소재 금속 고, , , ,

분자 등의 재료가 생산되고 있다 서울대 화학과 최진호 교수팀이 창.

업한 벤처기업인 주 나노하이브리드는 광택인쇄지 잉크흡착 및 광택( )

부여 표면코팅 등의 용도로 나노 콜로이드 용액을 생산하고 있다, .

콜로이드 결정을 이용하는 연구를 보면 한국과학기술원 생명화학

공학과 양승만 교수팀에서 수 크기의 공을 제조하고 있다 콜m [66].μ

로이드 입자를 포함하는 현탁액에 액적을 분산시키고 그 속에서 콜,

로이드 입자들이 결정화가 진행되도록 하여 최종적으로 광결정 공

을 얻는다 균일한 액적을 얻는 것이 주요한 관건인데(photonic ball) . ,

여기서는 마이크로 피펫을 이용하여 전단분쇄하여 얻어지는 미세유체

를 이용한다 이 방법은 액적의 계면이 제공하는 제한된 공간의 영향.


그림 구형 콜로이드 결정의 공을 제조하는 방법과 그 미세구조 사진< 2-16> [66]

으로 하나의 단위를 이루는 공 내에서 결함의 발생을 억제할 수 있다

는 장점이 있다.

광주과기원 김동유 교수팀에서는 광자결정 을 광(photonic crystal)

통신부품 광학소재 레이저 등에 응용되는 차세대 핵심 소재로 연구, ,

하고 있다 콜로이드 결정에 점진적인 굴절율을 부여하는 신개념을.

도입하여 광자결정을 제조하는 기술을 개발했다 기존 방법과 달리.

콜로이드의 굴절율을 점진적으로 다르게 해 새로운 광 필터소자를 쉽

게 제조할 수 있는 방법을 모색하였다 그 밖에 디스플레이 소자 태. ,

양전지 광학소자 등에 널리 쓰이는 반사방지막을 콜로이드 구조를,

이용해 제조하는 연구 등을 하고 있다.

한국지질자원연구원 이효숙 박사팀에서는 수 로 제한되어 있는 자mμ

성 나노입자의 자기조립 면적을 최대화 시키기 위해 기판에 패턴을 부

여하고 자기장을 걸어 입자의 밀도를 조절하는 방법을 연구하고 있다.

나 외국의 동향.

현재 콜로이드 결정을 응용한 연구는 단분산 구형 실리카와 폴리스


타이렌 고분자 입자의 제조와 밀접한 관련이 있다 콜로이드 결정의.

각 분야에 대하여 몇몇 연구 그룹을 소개하고자 한다.

단분산 구형 나노 콜로이드의 제조(1)

표 에 현재 상업적으로 판매되고 있는 단분산 구형 콜로이드를< 2-1>

표시하였다 대부분 정도의 크기 분포를 갖고 시판되고 있다. ±5~20% .

표 상업적으로 판매되고 있는 단분산 구형 콜로이드< 2-1> [13]

제조사 웹사이트 입자 크기

Bangs

Laboratorieswww.bangslabs.com

polystyrene: 0.02 5.0 mμ～

silica: 0.3 5.0 mμ～

surface groups: carboxylic acid, aliphatic

amine, chloromethyl amid, epoxy,

hydrazide, aldehyde, aromatic amine,

hydroxyl

Duke

Scientificwww.dukesci.com


silica: 0.5 1.6 mμ～

surface groups: carboxylic acid, sulfate

Interfacial

Dynamicswww.idclatex.com



Nissan

Chemicalswww.snowtex.com

silica: 0.003 0.1 mμ～

antimony pentoxide

polystyrene: 0.05 90 mμ～

Polyscienceswww.polysciences.co

m

silica: 0.05 0.45 mμ～


Seradyn www.seradyn.com


surface groups: carboxylic acid, sulfate,

streptavidin

Dyno Particles

ASwww.pss.aus.net

polystyrene: 0.5 20 mμ～

surface groups: carboxylic acid,


콜로이드 결정(2)

및 나노 콜로이드 결정의 제조는3D 2D University of Washington,

의 교수팀이 많은 연구 업적을Department of Chemistry Younan Xia

내고있다 연구분야는 첫째 나노구조의 원하는 구조의 기능성 구조를.

대량 제조하는 신 제조법의 개발 둘째 메조 크기의 단위 구조체를,

기능성을 갖는 구조체로 자기조립하는 방법 셋째 생체 진단용 또는,

치료용 자성 나노분말의 개발 넷째 나노 구조체와 관련된 새로운 현,

상 등이다.

의 그룹에Lucent Technologies, Bell Laboratories Physical Science

서는 콜로이드 자기조립을 위한 광학 트위저 개발 고유전율 재, PBG

료 연구 광로 조절 및 충진율 증가를 위한 이종 콜로이드 혼합법 등,

을 연구하고 있다 이러한 콜로이드 광학결정의 연구는 낮은 문턱전.

압을 가지는 레이저 다방향 반사용 거울 광도파로 등의 개발을 목적, ,

으로 하고 있다.

의University of Pittsburgh, Department of Chemistry Sanford Asher

교수팀에서는 콜로이드 결정의 격자간 거리가 주위 환경이나 분자 상

태에 따라 변하는 원리를 이용하여 글루코스 센서 유기인산(glucose) ,

화합물 센서 암 단백질 표지(organophosphate) , (cancer protein marker)

센서 등과 같은 화학 센서를 연구하고 있다 특정 질병을 진단하는 시.

약을 검출하는 기능은 의료용으로 매우 중요한데 가시광선의 파장에,

대하여 회절을 일으키는 콜로이드 결정을 피부 밑에 삽입하여 두고 색

상변화를 관찰하는 방법을 개발하였다 그림 에서 나타낸 것 같. < 2-17>

이 콜로이드 결정 내에 부착시켜 놓은 항체가 항원과 결합하면서 격자,

상수가 감소하여 색상의 변화가 일어나는 원리를 이용하여 검지한다.


그림 콜로이드의 질병진단용 센서 응용< 2-17> [67]

다공체(3)

매크로메조다공체에관한연구는/ Univeristy of Minnesota, Department

의 교수팀에서 금속산화물 제올라이트of Chemistry Andreas Stein , ,

금속 등의 고배향성 다공체 제조 메조 다공체 의 표면 조작 무, sieve ,

기질 및 복합 다공체의 조성 기공구조 표면물성 등에 대하여 진행하, ,

고 있다.

전기적 집합체(4)

North Carolina State Unicersity, Department of Chemical Engineering

의 교수팀에서는 라텍스 입자를 이용하여 전기적으로 접Orlin Velev


근 가능한 바이오 센서를 동일한 칩 위의 수백개의 분자를 자기조립

하여 제조한다 이 경우 문제점은 용액 상태의 차원 콜로이드를 건. 3

조한 차원 칩과 회로로 연결해야 한다는 점이다 이를 금속 나노입2 .

자의 조립으로 마이크로 선을 연결하여 해결하였다 이밖에 낮은 점.

도 및 고확산도를 가진 액체 를 콜로이드 결정 제조시 용액으로CO2

사용하는 연구는 액체 제거 시 형태가 무너질 확률이 낮아지고 유전

율이 낮기 때문에 새로운 가능성을 보여주고 있다.

Harvard University, Department of Chemistry and Chemical Biology

의 교수는 콜로이드 자기조립을 이용한 소자제George M. Whitesides

조에 대하여 연구하는데 이를 위하여 분자의 자기조립이나 생물체와,

유사한 기능을 구현하고자 한다 특히 메조 크기의 자기조립. (MESA:

은 모세관힘을 이용하여 자기조립에 방향성meso scale self-assembly)

을 부여하고 에서 정도의 소자를 제조하는데 효과적인 것으로m mmμ

평가된다.

37

3

기술특허 정보분석

문헌 정보 분석 및 기술개발 동향1.가 정보분석 대상 와 검색조건. DB

문헌정보분석은 특정기술영역별로 등장하는 키워드 를 이(keyword)

용하여 문헌자료를 분석하는 것으로 정성적인 연구개발동향분석과 함

께 기술개발동향을 가늠해 보는 주요한 정보를 제공해 준다 키워드.

를 통한 문헌검색과 검색결과에 대한 통계분석방식이기에 연구개발에

관한 객관적인 현황 정보를 제공해 주고 있다 연도별 논문발표건수.

의 변화 국가별 논문발표수 주요연구기관별 저자별 발표현황에 대, , ,

한 정보 연도별 특허출원추이 등의 정량적인 문헌정보분석결과는 대,

학 기업 연구소 등의 기술개발연구진에게 기술동향분석에 대한 입체, ,

적인 정보를 제공해 주는 주요한 참고 자료로도 활용될 수가 있다.

본 연구는 공학기술분야의 대표적인 데이터베이스인 COMPENDEX

를 대상으로 하여 문헌분석을 수행하였다 는 공학분야의DB . COMP

국제적인 출판사인 의Engineering Information Inc. The Engineering

Index 지를 컴퓨터 가독형으로 만들어 데이터 베이스화Monthly(Ei)

한 것으로 전세계 여건의 국제저널 학회발표자료 기술보고서의5,000 , ,

문헌정보를 망라하고 있다.


표 문헌 정보 분석 대상< 3-1> DB

명DB 수록 내용COMPENDEX 세계 여개국에서 수집된 공학 전반 및 응용과학분야40 DB

문헌정보분석의 검색조건은 문헌제목 과 초록 에 검(title) (abstract)

색어 와 를 동시에 포함하는 것으로 한정하였다 본“colloid-” “nano-” .

분석에 사용한 검색조건을 도출하기 위한 몇가지 검색식과 검색건수

를 정리하였다 문헌 수집은 년 월 검색한 결과이다. DB 2005 3 .

표 문헌 검색식< 3-2>

검 색 식 건수1. colloid* wn All 건45,850

2. colloid* wn TI 건7,155

3. (colloid* wn TI)or (colloid* wn AB) 건18,635

4. (colloid* and nano*) wn Ti 건580

5. ((colloid*) wn TI) and (nano* wn ab) 건835

6. (colloid* wn TI) and ((particle* and nano*) wn AB) 건492

7. ((colloid* and nano*) wn Ti )or((colloid* and nano*) wn AB) 건2,638

8. ((colloid*) wn TI) and (nano* wn ab) and (crystal* wn ab) 건152

9. ((colloid*) wn TI) and (nano* wn ab) and (porous* wn ab) 건30

10. ((colloid*) wn TI) and (nano* wn ab) and (electric* wn ab) 건33

검색기간 년 년* : 1990 2005～

항목은 문헌제목 저자 문헌 출처 등을 정보를COMPENDEX DB , ,

제공해 주고 있는데 검색어 를 포함하는 문헌수는 건으, “colloid-" 45,850

로 나타났으며 검색식 검색어조건을 문헌제목에 한정하는 경우는( 1),

건으로 나타났다 검색식 나노기술과의 연관성을 높이는 위하7,155 ( 2).

여 가 초록에 포함되는 경우로 제한하여 검색하면 건이 검“nano-" , 835

제 장 기술특허 정보분석3 39

출되었다 검색식 나노광결정분야의 검색을 위하여 검색어( 5). "crystal"

를 추가하면 건이 검색되었으며 검색식 의 경우는 건, 152 ( 8), ”porous" 30

검색식 의 경우는 건 나왔다 본 분석에서는 일정수량( 9), “electric' 33 .

이상의 문헌을 확보하고 있는 것으로 판단된 검색식 번을 사용하여5

나노기술을 이용한 클로이드 연구 문헌의 정보분석을 수행하였다.

나 문헌정보 분석.

연도별 추이 분석(1)

나노기술을 이용한 콜로이드 연구는 년대 중반 이후부터 급속1990

한 증가세를 보이고 있다 그림의 좌측 상단에는 년부터 년. 1990 2005

그림 문헌발표 추이< 3-1>

37 7 9 8 11

21

36

59 58

72

9099

152

177

26

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

1996∼

2000

29%

1990∼

1995

5%

2001 -

2005

66%


까지 발표된 문헌을 년 간격의 논문건수 비율을 나타낸다 년5 . 2001

이후 발표된 문헌이 전체 논문건수의 를 차지하고 있다 최근 들66% .

어 나노 클로이드 기술분야의 문헌이 급증하고 있음을 보여주고 있

다 년부터 년까지는 전체논문건수의 를 차지하고 있으며. 1990 1995 5% ,

년부터 년 사이에 발표된 논문수는 전체문헌건수의 를1996 2000 29%

차지하였다 올해 발표된 문헌의 화가 완전히 이루어지지 않은 점. DB

을 감안하면 나노기술을 이용한 클로이드의 연구개발이 더욱 지속화,

될 것으로 전망할 수 있다.

국가별 추이 분석(2)

나노 클로이드에 대한 문헌발표는 미국 독일 중국 일본을 중심으, , ,

로 전개되고 있는 결과를 보였다 이 같은 결과는 문헌에 게재된 제. 1

저자의 소속기관과 국가분석을 통하여 얻어졌다 위 그림은 년부. 1990

터 년까지 문헌발표결과에 대한 상위 개국의 연도별 추이를 나2005 10

타내고 있다 이들 개국이 전체 문헌의 를 점유하는 등 실질적. 10 78%

그림 국가별 문헌발표 추이 및 분포도< 3-2>


그림 국가별 연도별 문헌 분포< 3-3>

인 연구개발성과물의 대부분을 차지하고 있다 미국은 년 중반. 2000

이후 이후 급속한 증가세를 보이고 있다 우리나라의 경우에는 미국.

의 수준이지만 최근 들어 문헌 증가율이 급증하고 있다1/10 , .

연구 기관별 분석(3)

문헌발표 저자의 소속연구기관에 대한 분석결과는 국가별 분석결과

와 유사하게 독일 미국 독일 중국 일본의 연구기관이 상위를 차지, , , ,

하였다 기관별 분석은 원문에 수록된 문헌 저자의 소속기관명에 대.

한 통계 분석이다 저자가 여러명이고 각자 여러기관에 소속되어 있.

을 경우에는 첫 번째 저자가 소속한 기관명이 채택되었다.

독일의 이 건으로 제일 많은 문헌발표건수를Univ of Hamburg 16

나타내었다 이 뒤를 이어 인도의 과 미국의. Natl Chemical Lab, Pune

가 건을 기록하였다 중국의Pennsylvania State Univ 15 . Chinese Acad

는 건으로 미국 와 함께 위of Sciences 11 Georgia Inst of Technology 5

안에 들었다.


표 주요 연구기관< 3-3>

연도 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 계Univ of Hamburg

독일( )0 0 0 0 0 0 0 1 2 4 2 7 0 0 16

Natl Chemical Lab,

인도Pune ( )0 0 0 0 0 0 1 3 3 1 4 0 2 1 15

Pennsylvania State

미국Univ ( )0 0 0 0 0 0 4 2 4 1 0 0 3 1 15

Georgia Inst of

미국Technology ( )0 0 0 0 0 1 0 1 2 1 3 2 1 3 14

Chinese Acad of

중국Sciences( )0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 2 3 3 11

Max Planck Inst

of Colloids and

독일Interfaces( )

0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 2 3 1 1 11

Peking

중국Univ( )0 0 0 0 0 1 0 1 1 2 0 1 3 2 11

Clarkson

미국Univ( )0 2 0 0 0 0 0 2 2 0 1 1 2 0 10

Univ of California

미국at Berkeley( )1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 2 1 1 9

Univ of

영국Sussex( )0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 3 1 9

문헌 종류(4)

는 문헌자료 출처의 성격에 대한 정보를 갖고 있다COMPENDEX .

문헌출처의 구분은 학술지에 게재된 문헌은 로 표기“Journal article"

하고 학술대회에서 발표된 문헌은 로 표기하였다, “Conference article" .

그 외 학술대회 논문집에 실린 것은 로 나타“Conference proceedings"

낸다 문헌종류별 분석을 통하여 최근의 연구발표형태 및 학술 대회.

연구발표 동향 등을 알수가 있다 분석결과 년대 초반이후. 90 “Journal


그림 문헌 종류 분석< 3-4>

형태로 발표되는 문헌건수는 급격하게 증가하는 경향을 보였article"

으며 전체 문헌건수 대비 의 문헌점유율을 나타내었다 나노기, 89.1% .

술을 이용한 클로이드 연구개발이 년대 후반들어 본격적인 연구개90

발활동이 진행되고 있는 점을 확인시켜 주고 있다 년 들어 학술. 2001

대회의 활동도 활발해 지고 있음을 나타내주고 있기에 향후 연구개,

발이 지속적으로 이어질 것임을 알 수가 있다.

처리코드분석(5)

나노 클로이드에 대한 문헌성격은 대부분의 연구개발주제와 유사하

게 실험적인 내용이 대부분을 차지하고 있는 것으로 나타났다 년대. 90

중반이후부터 실험적인 연구문헌이 급격하게 증가하였다 년에 접. 2000

어들면서 실험적 내용을 이론화하는 연구들이 나오고 있다 즉 년. 2000

초반 이후 실험과 이론이 가미된 연구가 활발하게 진행되고 있음을 알

수 있다 의 처리코드 분석을 통하여 문헌의. COMP DB (Treatment Code)


그림 처리 코드 분석< 3-5>

성격을 파악할 수 있는데 처리코드 는 실험적인 연구활동에 관한 문, X

헌을 나타내며 는 이론적 방법을 통한 연구 는 응용에 관한 연구, T , A

를 각각 나타낸다.

기술분류별 추이건수(6)

항목에는 문헌의 기술분류표에 따라 문헌의 기술성격을COMP DB

규정하는 기술분류코드 가 있다 이를 분석하면 전체 문헌발표추(CC) .

이를 이끌고 있는 주요 기술분야를 가늠해 볼 수 있다 한 개의 문헌.

에 여러개의 기술 분야를 중복 표기하는 것이 가능하다 본 연구의.

분석대상 문헌에서는 전체 문헌수 건의 대하여 종의 코드번호835 255

가 부여되어 있는 것으로 분석되었는데 이것은 평균 문헌 한 건당,

개의 분류코드번호가 부여되어 있는 결과이다3.3 .


그림 기술분류코드 분석< 3-6>

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

801.3

933.1

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

801.3

933.1

802.2

804.2

802.3

741.1

547.1

931.2

804.1

804

933.117%

802.2

10%804.29%

741.1

7%

547.1

7%

931.2

7%

804.1

6%

8045%

802.3

9%

801.3

23%

(문헌수)

표 주제분류표< 3-4> COMP DB

주제분류코드 내 용547.1 Precious Metals

741.1 Light/Optics

801.3 Physical Chemistry

802.2 Chemical Operatons

802.3 Chemical Agents and Basic Industrial

804 Organic Compounds

804.1 InOrganic Compounds

804.2 Chemical Engineering, General

931.2 Pysical Properties of ases, Liquids & Solids

933.1 Crystalline solids

기술분류코드의 연도별 추이를 살펴보면 물리화학 부문이 전체801.1( )

의 를 점유하고 있으며 년부터 년까지 급증하였다23% , 2000 2004 . 933.1


결정질 고체 부분 역시 년 이후 급증하였다 이 두개의 기술분류( ) 2001 .

코드가 전체 코드의 를 차지하고 있기에 물리화학 및 결정질고체40%

부문의 연구개발이 년 이후 매우 활발해지고 있음을 알수 있다2000 .

주요 저널 분석(7)

나노기술과 클로이드 키워드를 통해 검출해낸 나노 클로이드에 연

구 논문 검색결과 전체논문 건의 논문이 개의 저널에 게재된, 835 224

것으로 집계되었다 이중 최고 점유율을 보인 저널은 이며. Langmuir

전체 논문의 에 해당하는 건의 논문이게재 되었다 이 뒤를16% 124 .

이어 이 건으로 점유율을 보였Journal of Physical Chemistry B 71 9%

다. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering

그림 주요 저널 논문 추이< 3-7>

0

5

10

15

20

25

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

문헌

건수

Langmuir

Journal of PhysicalChemistry B

Advanced Materials

Colloids and Surfaces A:Physicochemical andEngineering Aspects

Materials ResearchSociety Symposium -Proceedings

Journal of Colloid andInterface Science

Journal of the AmericanChemical Society

Proceedings of SPIE - TheInternational Society forOptical Engineering

Applied Physics Letters

Angewandte Chemie(International Edition inEnglish)0

5

10

15

20

25

1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

문헌

건수

Langmuir


Advanced Materials







Angewandte Chemie(International Edition inEnglish)

Langmuir


Advanced Materials







Angewandte Chemie(International Edition inEnglish)


와 가 건으로 각각Aspects Journal of Colloid and Interface Science 35

점유율을 보였다 상위 점유율 개 저널의 논문 게재 비율이4% . 10

에 이르는 등 이들 저널이 나노기술과 콜로이드를 연구하는 핵심46%

적인 전문 저널로 기능하고 있는 것으로 파악되었다 특히. , Langmuir

의 경우 년 하반기부터 나노기술 콜로이드 논문 게재가 급증한2000

것으로 집계되었는데 이는 전체 논문발표추이도 일치하는 것으로 최,

근의 연구개발 활동에서 를 통한 논문게재가 매우 활발함을Langmuir

나타내고 있다고 볼 수 있다.

특허정보 분석 및 기술개발 동향2.가 정보분석 대상. DB

특허자료의 정보분석을 위한 로는 한국과학기술정보연구원DB (KISTI)

에서 제공하고 있는 및 를 선택하였으며 국내USPA, JEPA KUPA DB ,

특허의 경우 의 국내 특허 를 보충적으로 활용하였다 외국KIPRIS DB .

특허 자료인 는 미국 특허청의 특허정보를 는 일본 특허청USPA , JEPA

의 공개특허 자료를 재가공한 이며 는 한국 공개특허 의DB , KUPA DB

자료이다.

표 특허정보 분석 대상< 3-5> DB

명DB 수록내용USPA 년부터 공고된 미국특허1976 DB

JEPA 년부터 공개된 일본특허1976 DB

KUPA 년부터 공개된 한국특허1983 DB


나 특허정보 분석.

본 연구의 특허정보분석은 키워드 검색을 통하여 진행하였다 분석.

대상 필드는 제목 에 한정하였으며 키워드는 한국특허의 경우는(TI) ,

클로이드 미국과 일본의 특허는 로 하였다 아래 표에 각각“ ”, “colloid" .

의 경우의 검색식과 검출되는 특허 건수를 정리하였다 특허 검색시DB .

기는 년 월 일부터 일 사이 진행하였다2005 3 12 12 .

한국특허의 경우 와 의 특허검색을 동시에 수행하였KUPA KIPRIS 다.

의 경우 건 의 경우 건이 검출되었다 는KUPA 169 , KIPRIS 207 . KIPRIS

거절 취하 포기 등의 사유가 포함된 특허건수를 포함하고 있는 반면, ,

에 는 공개특허에 한정하고 있는 점과 업로드에 시간적인KUPA , DB

차이가 발생하기에 양측의 특허 가 일치하지는 않지만 전반적인 추DB

이분포를 알아내는데 서로 보완하는 기능을 수행하였다.

표 특허 검색식< 3-6>

특허DB 검색식 건수

KIPRIS

콜로이드(TL=[ ]) 건207

콜로이드 결정(TL=[ ])*(AB=[ ]) 건15

콜로이드 다공(TL=[ ])*(AB=[ ]) 건11

콜로이드 전기(TL=[ ])*(AB=[ ]) 건22

USPA

colloid?/ti 667

colloid?/ti and crystal?/ab 30

colloid?/ti and porous?/ab 15

colloid?/ti and electric?/ab 43

JEPA

colloid?/ti 445

colloid?/ti and crystal?/ab 21

colloid?/ti and porous?/ab 7

colloid?/ti and electric?/ab 32


한국 특허(1)

가 연도별 특허 출원건수( )

콜로이드에 관한 국내 특허출원은 년 출원된 수성 콜로이드1979 “

조성물의 제조방법 을 시발로 현재까지 건의 특허가 출원되었다” 207 .

건수추이는 년대 중반 이후부터 현재까지 지속적인 증가세를 보이90

고 있다 년대 들어서는 특허출원이 다소 정체하고 있는 경향을. 2000

보이지만 이는 특허심사에 따른 시간적인 지체현상에 따른 결과이기,

에 실질적인 특헌출원건수가 감소했다고 보기는 힘들며 지속적으로,

증가추세에 있다고 볼 수 있다 년대 중반이후 출원된 특허가 전체. 90

특허출원의 를 점유하고 있으며 특히 년 이후 출원된 특허72% , , 2001

의 비율이 전체의 를 차지하고 있다 년대 중반이후 출원된 특49% . 90

허가 전체 특허출원의 를 점유하고 있으며 특히 년이후 출72% , , 2001

원된 특허의 비율이 전체의 를 차지하고 있다49% .

특허 등록건수는 건으로 전체 건의 이다 특허등록심사가 진77 207 37% .

행 중인 점을 감안하면 년 기준으로 의 등록율을 보이고 있다, 2002 43% .

표 연도별 한국 특허 출원 추이< 3-7>

출원연도 79 81 85 86 87 1988 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 계공개 4 1 3 6 7 17 22 15 2 77

등록 1 3 2 3 1 4 1 3 4 2 5 2 4 5 2 5 6 15 5 4 77

거절 1 1 1 1 2 2 4 1 2 3 2 6 1 1 28

취하 1 1 2 1 2 2 1 2 3 2 3 20

포기 1 1 1 2 5

총합계

1 1 5 3 4 4 3 7 2 5 7 3 13 6 12 9 8 13 19 33 28 19 2 207


그림 한국특허의 연도별 출원 추이< 3-8>

1 1

5

34 4

3

7

2

5

7

3

13

6

12

98

13

19

33

28

19

2

0

5

10

15

20

25

30

35

1979 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

1996∼200023%

1990 이전14%

1991∼199514%

2001~200549%

특허건수

1 1

5

34 4

3

7

2

5

7

3

13

6

12

98

13

19

33

28

19

2

0

5

10

15

20

25

30

35

1979 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

1996∼200023%

1990 이전14%

1991∼199514%

2001~200549%

특허건수

표 에 나노기술을 응용한 콜로이드 관련 특허목록을 정리하였다< 3-8> .

검출된 콜로이드 특허에 키워드 나노 가 요약에 나타나는 경우이다 특“ ” .

허는 크게 나노입자 콜로이드의 제조와 이를 응용한 제품개발에 관한 것

으로 구성되어 있다 금 및 은 콜로이드 제조방법 나노캡슐 형태의. “ ”, “

콜로이드 입자의 제조방법 나노크기 금속 콜로이드의 제조방법 방”, “ ”, “

사선 조사에 의한 나노미터 크기의 은 콜로이드 제조방법 은 콜로이”, “

드 수용액 제조장치 등 나노크기 콜로이드의 제조에 관한 특허와 나” , “ 노

은 콜로이드 용액으로 처리된 항균섬유 및 그 제조방법 콜로이드 실”, “ 리

카 템플레이트를 이용한 수 나노미터에서수십 나노 미터크기의 탄소나노

캡슐의 제조방법 기상 증착 중합을 이용한 콜로이드입자고분자 코어”, “ /

셀복합체의 제조방법 등 콜로이드를 응용한 제품개발에 관한 것이다- ” .


표 나노기술을 응용한 클로이드 특허 목록 한국< 3-8> ( )

번호 출원번호 상태 발명의 명칭 출원인 IPC1102002003513

0공개

나노 은 콜로이드 용액으로 처리된 항균섬유

및 그 제조방법엔피텍 D06M 11/42

2102003701300

7공개

양친성 공중합체 기재의 나노입자의

콜로이드성 현탁액플라멜테크놀로지스 A61K 9/107

3102004003759

2공개 은 콜로이드 제조방법 인성파우더테크 C08J 3/03

4102003008119

3등록

기능성 세라믹 입자 콜로이드 상기 기능성,

세라믹 입자 콜로이드의 제조방법 상기,

기능성 세라믹 입자 콜로이드를 이용하여

제조된 제품

사아쿠아세라믹스코

퍼레이션C04B 35/00

5102002700847

0공개

적어도 하나의 금속 화합물 및 착화제를

주성분으로 하는수성 콜로이드 분산물,

제조방법 및 용도

로디아쉬미 B01J 13/00

6102002003997

0공개

콜로이드 실리카 템플레이트를 이용한 수

나노미터에서수십 나노 미터크기의

탄소나노캡슐의 제조방법

동운인터내셔널 B82B 3/00

7102003004136

7등록

나노실버메탈 콜로이드 첨가의 수용성절삭유제

구성물이득 C10M 169/04

8102001006901

9거절 금 콜로이드 제조방법 나노바이오 A61K 33/24

9102002003997

1공개

콜로이드 실리카 템플레이트를 이용한 수

나노미터에서수십 나노 미터크기의 메조기공

탄소폼의 제조방법

동운인터내셔널 B82B 3/00

10102001002347

1등록

방사선 조사에 의한 나노미터 크기의 은

콜로이드 제조방법 및 그 나노미터 크기의 은

콜로이드

화진 B01J 13/00

11102002701141

5공개 나노캡슐 형태의 콜로이드 입자의 제조방법

유니베르시떼끌로드

베르나르트리용1B01J 13/14

12102003002109

2공개

중성 이산화티탄 콜로이드 용액 그것의,

제조방법 및그것을 포함하는 코팅제정훈 C09D 1/00

13102001005751

0등록 나노크기 금속 콜로이드의 제조 방법 율촌화학 B01J 13/00

14102003001374

5공개

산화철 나노입자 함유 콜로이드 조성물의

제조방법포항공대 B01J 13/00

15102002002059

4등록

우수한 안정성 균일한 모양 및 나노미터,

크기의 좁은입자 분포를 갖는 금속 콜로이드

및 그의 제조 방법

포항공대 B82B 3/00

16102003004717

2공개

기상 증착 중합을 이용한 콜로이드입자고분자/

코어 셀복합체의 제조방법-

서울대

산학협력재단C08F 2/34

17102003003812

6공개 은 콜로이드 수용액 제조장치 테크리치 C02F 1/461

18102002000915

8공개

에탄올을 포함한 유기 용매하에서의 콜로이드

실버의 제조방법엔피텍 B82B 3/00

19102005000864

0공개

냉각코일의 은나노 분산 콜로이드 졸 용액

코팅방법네패스 C09D 5/14


나 국가별 출원 분석( )

그림 한국특허의 국가별 특허출원 추이< 3-9>

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

건수

1979 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

독일일본프랑스미국한국

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

건수

1979 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005

독일일본프랑스미국한국

표 한국특허 출원인 소속 국가별 현황< 3-9>

국가 79 81 1985 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 계한국 1 2 2 1 2 3 6 4 4 5 11 19 17 7 1 85

미국 1 2 4 2 4 1 2 5 5 1 3 3 2 4 3 1 1 5 49

프랑스 1 1 1 2 2 3 1 9 6 3 29

일본 1 1 1 2 3 1 3 12

독일 1 1 2 2 1 2 1 1 11

네덜란드 1 2 3

스위스 1 1 1 3

영국 1 1 1 3

캐나다 2 1 3

대만 1 1 2

이탈리아 1 1 2

기타 1 1

노르웨이 1 1

브라질 1 1

스웨덴 1 1

중국 1 1

계 1 1 5 3 4 4 3 7 2 5 7 3 13 6 12 9 8 13 19 33 28 19 2 207


국내에 출원된 건의 클로이드 관련 특허 출원인의 소속국가별207

분석을 한 결과 개국이 한건 이상의 특허를 출원하였으며 한국 미16 , ,

국 프랑스 순으로 높은 출원건수를 나타내었다 한국이 건으로, . 85

로 선두를 차지하였으며 이 뒤를 이어 미국이 건으로 프41% , 49 24%,

랑스가 건으로 를 차지하였다 년대 들어서면서 한국과 프29 14% . 2000 ,

랑스의 특허출원이 급증하는 경향을 보이는 특성을 보였다 분석은.

제 출원인의 주소에서 국가별 정보를 추출하였다1 .

다 출원인 분석( )

주요 특허 출원인을 분석하면 프랑스의 강세가 두드러지게 나타나,

고 있다 프랑스의 로디아 쉬미가 건으로 선두를 차지하고 있으며. 9 ,

로디아 떼레스 라레스가 건 로디아 일렉트로닉스 앤드 캐탈리시스5 ,

가 건으로 선두그룹을 형성하고 있다 한국의 삼성에스디아이는 건5 . 6

으로 위에 올라서 있다 서희동 한국과학기술원 등에서 건 이상의2 . , 4

특허를 출원한 것으로 나타났다.

표 한국특허의 특허 출원인 분석< 3-10>

국 가 년90이전 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 계

로디아쉬미 3 1 3 1 1 9

삼성에스디아이 3 3 6

로디아떼레스라레스 5 5

로디아일렉트로닉스앤드캐탈리시스 2 3 5

더블유 알 그레이스앤드캄파니콘. . - 4 4

미네소타마이닝앤드매뉴팩춰링캄파니 2 1 1 4

서희동 2 2 4

와커헤미게엠베하- 1 1 2 4

플라멜테크놀로지스 1 3 4

한국과학기술원 1 2 1 4


그림 한국특허의 출원인별 추이< 3-10>

로디아 쉬미와 삼성에스디아이 한국과학기술원의 특헌출원현황을,

표 과 그림 에서 비교하였다 로디아 미쉬는 세륨 화< 3-7> < 3-11> . (IV)

합물의 수성콜로이드 실리카 및 실리카 콜로이드의 제조방법 성매질, ,

내에서세륨 화합물의 콜로이드분산액의 제조방법 등 콜로이드 제(IV)

조에 관한 특허를 출원하고 있다 국제특허분류. (IPC, International

분포는 건의 특허중 건이 희토류Patent Classification) 9 6 C01F 17/00(

금속 화합물 즉 스칸듐 이트륨 란탄 또는 란탄족의 화합물 에 분류, , , )

되는 것으로 나타났다.

삼성에스디아이는 금속 산화물 콜로이드 형성용 조성물 및 이를“

이용한 금속 산화물 콜로이드 입자의 제조방법 카본블랙 콜로이드”, “

용액 및 그 제조방법 금속 콜로이드의 제조방법 등 콜로이드 제”, “ ”

조에 관한 특허권을 획득해 놓고 있다 분류코드는. IPC B01J 13/00

콜로이드 화학 예 타류에 포함되지 않는 콜로이드상 물질 또는 그( , .

용액의 생성 마이크로 캡슐 또는 마이크로 발룬 의 제; (microballoons)


조 이 건 물리적 프로세스에 의한 것 예 건조 분무) 3 , BO1J 13/04( , . , )

이 건 이었다 아래 그림을 보면 로디아 쉬미와 한국과학기술원 삼2 . ,

성에스디아이 로디아 떼레스 라레스의 특허를 코드별로 비교하, IPC

여 보여주고 있다 로디아 쉬미는 에 집중하였으며 삼성. C01F 17/00 , 에

스디아이는 과 에 집중되어 있음을 알 수 있다B01J 13/00 B01J 13/04 .

그림 한국특허의 주요 출원인 국제특허분류< 3-11> (IPC)

0

1

2

3

4

5

6

로디아 쉬미

로디아 떼레스라레스

삼성에스디아이 주식회사

한국과학기술원

C01F 17/00

B01J 13/00

B01J 13/04

C01F 17/00

B01J 13/00

B01J 13/04

표 한국특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-11>

출원인 출원번호 발명의 명칭 비고

로디아

쉬미

10-1987-0002810 세륨 화합물의수성콜로이드분산액및그의제조방법(IV) 등록

10-1985-0004951 실리카및실리카콜로이드의제조방법 등록

10-1990-0020627수성매질내에서세륨 화합물의콜로이드분산액의제조방법및수득된분IV

산액등록

10-1994-7000898금속산화물의비응집성단일결정입자의농축콜로이드용액그의제조방법,

및필름생산에대한그의적용등록

10-1995-0029484 높은 를갖는세륨화합물의콜로이드분산액및그의제조방법pH 등록


출원인 출원번호 발명의 명칭 비고

로디아

쉬미

10-1995-0013394분산성희토류원소기재화합물이화합물로부터얻어지는콜로이드상현탁,

액그의제조방법및촉매제조를위한용도,등록

10-1995-0029485 세륨화합물의고농도콜로이드분산액및그의제조방법 거절

10-1997-7009955산화세륨을기재로한콜로이드성분산액및콜로이드성분산액형태의재분

산성조성물거절

10-2002-7008470적어도 하나의 금속 화합물 및 착화제를 주성분으로 하는수성 콜로

이드 분산물 제조방법 및 용도,공개

삼성에스

디아이

10-1997-0082010 은 팔라듐 복합 금속 콜로이드 용액의 제조방법- 공개

10-1997-0082011 팔라듐 콜로이드 입자의 제조방법 공개

10-1997-0030683 금속 콜로이드의 제조방법 공개

10-1998-0051860금속 산화물 콜로이드 형성용 조성물 및 이를 이용한 금속 산화물

콜로이드 입자의 제조방법등록

10-1998-0035711금속산화물 콜로이드 용액의 제조방법 및 그에 따라 제조된 금속산

화물 콜로이드 용액취하

10-1998-0035710 카본블랙 콜로이드 용액 및 그 제조방법 등록

한국과학

기술원

10-1999-0013819 콜로이드 분무열분해법에 의한 복합형광체의 제조방법 등록

10-2002-0059515구형의 콜로이드 결정 다공성 구조체의 제조방법 및 이에사용되는,

전기수력학적 분무장치등록

10-2002-0059514 다양한 형태의 콜로이드 결정 및 다공성 구조체의 제조방법 등록

10-2003-0004638 패턴화된 콜로이드 결정의 제조방법 공개

라 국제특허분류 분석( )

국제특허분류 는 개의(IPC, International Patent Classification) 68,851

세부기술분야에 대한 통일된 특허분류체계를 제공하고 있으며 개의, 8

섹션 개의 클래스 개의 서브클래스 개의 메인그룹, 118 , 618 , 6,932 ,

개의 서브그룹 등의 계층적 구조로 이루어져 있다 클로이드에59,759 .

관한 한국 등록 특허의 분석결과 개의 기술코드가 검출되었다IPC 96 .

세부 기술분류별로는 이 건 이 건B01J 13/00 7 , C01F 17/00 6 , C01B

가 건으로 집계되었다33/14 5 .


표 한국특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-12> (IPC)

코드값IPC 79 85 86 87 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 2001 2002 2003 2004 계B01J 13/00 1 1 2 3 7

C01F 17/00 1 1 2 2 6

C01B 33/14 2 1 1 1 5

C02F 3/10 1 2 3

C02F 3/34 1 2 3

C01G 30/00 1 1 2

C08F 2/20 1 1 2

C25C 1/20 1 1 2

표 국제특허분류 코드 내용< 3-13> (IPC)

서브클라스 내 용 서브그룹 세부 내용

B01J

화학적 또는 물리적 방법,

예 촉매 콜로이드 화학. , ;

그들의 관련 장치

B01J-013/00

콜로이드 화학 예 타류에 포함되지 않는 콜로이드, .

상 물질 또는 그 용액의 생성 마이크로 캡슐 또는;

마이크로 발룬 의 제조유화제 습윤(microballoons) ( ,

제 분산제 또는 기포제로서의 물질의 용도, B01F

17/00)

B01F혼합 예 용해 유화 분산, . , ,

도료의 혼합( B44D 3/06)B01F-003/12

액체와 고체와의 혼합액중에 고체를 분산시킴으로(

써 액체를 다른 액체로 치환하는 것 B01D 12/00)

B22F

금속분의 가공 금속분으;

로 부터 물품의 제조 금;

속분의 제조

B22F-009/00 금속분 또는 그 현탁액의 제조

B22F-009/24 액체금속 화합물에서 시작하는 것 예 용액, .

B24B연삭 또는 연마하기 위한

기계 장치 또는 방법,B24B-037/00

래핑 기계 또는 장치 즉 비교적 부드럽지만 강성이,

있는 재료로 된 랩과 래핑 가공할 표면의 중간에

분쇄된 연마 물질을 삽입시키도록 된 기계 또는 장

치 그것의 부속장치;

C01F

금속 베릴륨 마그네슘 알, ,

루미늄 칼슘 스트론튬, , ,

바륨 라듐 토륨 화합물, ,

또는 희토류 금속 화합물

C01F-17/00희토류 금속 화합물 즉 스칸듐 이트륨 란탄 또는, , ,

란탄족의 화합물

C01B 비금속 원소 그 화합물; C01B-33/14 콜로이드상 실리카 예 분산 겔 졸, . , ,


미국 특허(2)

가 연도별 출원건수( )

그림 미국 특허의 연도별 출원 추이< 3-12>

3

7

2523

16

27

1819

17

9

5

1618 18

22

18

29 29

20 20

26

30

39

26

41

30

3738

29

8

4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003

1996∼2000

26%

1990 이전

48%

1991∼1995

20%

2001 ~

20056%

특허건수

3

7

2523

16

27

1819

17

9

5

1618 18

22

18

29 29

20 20

26

30

39

26

41

30

3738

29

8

4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003

1996∼2000

26%

1990 이전

48%

1991∼1995

20%

2001 ~

20056%

특허건수

콜로이드에 관한 미국의 특허는 매년 지속적으로 출원되고 있다.

년대 전반기까지는 소폭적인 오름과 내림을 반복하지만 년대 후90 90

반들어서는 특허출원수가 완만하게 상승하는 국면을 맞이하고 있다.

년도 이전에 추원된 특헌건수가 전체의 를 차지하고 있는데90 48% ,

이는 클로이드에 대한 연구 및 산업화 활동이 년대 이후부터 활발70

하게 지속되고 있음을 보여준다.


나 출원인 분석( )

그림 미국 특허의 출원인별 추이< 3-13>

표 미국 특허의 출원인< 3-14>

연 도 년90이전 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 계

Eastman Kodak Company 11 0 2 1 2 1 2 4 3 1 0 1 1 0 29

Nalco Chemical Company 1 1 0 1 0 1 1 1 0 2 2 3 0 0 13

Wacker-Chemie GmbH 3 0 0 0 0 0 0 0 1 6 1 1 0 0 12

Xerox Corporation 10 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12

The Dow Chemical Company 9 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 11

Minnesota Mining and

Manufacturing Co5 0 2 0 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10

Rhone-Poulenc Chimie 3 0 0 2 0 4 0 0 0 1 0 0 0 0 10

The Clorox Company 0 1 0 1 0 4 0 2 0 0 0 0 0 0 8

University of Pittsburgh 2 0 0 0 0 0 0 1 2 1 0 2 0 0 8

DOE 7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7

Sonus Pharmaceuticals 0 0 0 2 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 6

3M Innovative Properties

Company0 0 0 0 0 0 0 1 0 2 1 1 0 0 5

Dow Corning Corporation 2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 2 0 5

General Electric Company 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5


전체 건의 특허출원에서 특허출원기관은 개이다 평균 기관당667 332 .

개의 특허를 출원한 셈이다 특허 출원인을 분석하면2 . , Eastman Kodak

이 건으로 선두를 차지하였다 이 뒤를 이어Company 29 . , Nalco Chemical

이 건 와Company 13 , Wacker-Chemie GmbH X 이erox Corporation 12

건을 출원하였다 와. Minnesota Mining and Manufacturing Co 3M

는 각각 분리하여 집계하였지만 이 둘Innovative Properties Company

을 합하면 건으로 이 클로이드부문에 대한 특허를 매년 지속적으15 3M

로 출원하고 있음을 알 수 있다.

다 국제특허분류 분석( )

클로이드 관련 미국특허의 기술분류는 모두 개 기술분야에서 출원763

된 것으로 집계되었다 이 중 건 이상의 특허에 해당하는 분류는. 10 IPC

개이며 건 이상의 특허에 해당하는 특허분류는 건으로 집계15 , 15 5 되었다.

이들기술분야는 건 건B01J-013/00(316 ), B01F-003/12(67 ), A61K-043/00(65

건 건 등으로 아래 표에 연도별 추이를 정리하였다), C23-003/02(55 ) .

표 미국특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-15> (IPC)

연 도 년90이전 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 계

B01J-013/00 205 5 15 15 15 25 0 25 10 1 0 0 0 0 316

B01F-003/12 5 5 5 0 5 0 0 0 0 6 21 10 10 0 67

A61K-043/00 50 5 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 65

C23C-003/02 55 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 55

G01N-033/553 10 0 0 5 5 15 0 0 5 5 10 0 0 0 55

B32B-005/16 10 0 0 0 5 10 5 0 5 5 5 5 0 0 50

C08K-003/36 25 5 5 0 0 0 0 0 0 6 0 0 5 0 46

B01J-031/02 45 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 45

C08K-003/08 45 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 45

A61K-007/00 0 0 0 0 0 15 0 10 5 0 10 0 0 0 40


그림 미국특허의 국제특허분류 추이< 3-14> (IPC)

표 미국특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-16>

출원인 특허번호 제 목

EastmanKodakCompany

US-4133687 (19790109) Photographic elements having hydrophilic colloid layers containingcompounds having activator precursors and hydrophobic

US-4264706 (19810428) Dichromated hydrophilic colloid-latex copolymer compositions

US-4298682 (19811103) Photographic element having overcoating of ionic polyester inhydrophilic colloid

US-4370412 (19830125)Aqueous hydrophilic colloid coating composition containing acombination of anionic surfactants

US-4933270 (19900612) Process for the precipitation of stable colloidal dispersions of basedegradable components of photographic systems in t

US-4965131 (19901023) Colloidally stabilized suspension process

US-4988610 (19910129) Hydrophilic colloid compositions for photographic materials

US-5034292 (19910723) Method of thermally forming images from metastable metal colloids

US-5034313 (19910723) Metastable metal colloids and preparation

US-5055380 (19911008)Method of forming a color-differentiated image utilizing a metastableaggregated group Ib metal colloid material

US-5133992 (19920728) Colloidally stabilized suspension process

US-5273857 (19931228)Laser-induced thermal dye transfer with silver plated colloids as theIP absorber

US-5298369 (19940329) Use of colloidal silver to improve push processing of a reversalphotographic element

US-5366857 (19941122) Hydrophilic colloid composition for a photographic material

US-5474889 (19951212) Hydrophilic colloid composition for a photographic material



Eastman

Kodak

Company

US-5484695 (19960116)Surfactants and hydrophilic colloid compositions and materials

containing them


containing them

US-5716769 (19980210) Elements containing blue tinted hydrophilic colloid layers


containing them

US-5800977 (19980901) Hardening a hydrophilic colloid composition

US-5876913 (19990302)Dual-coated radiographic elements with limited hydrophilic colloid

coating coverages

US-5925178 (19990720) Pigmented inkjet inks containing aluminum stabilized colloidal silica

US-5952521 (19990914) Surfactants and hydrophilic colloid compositions and materials

US-5958660 (19990928) Hydrophilic colloid composition

US-6110656 (20000829) Colloidal vanadium oxide having improved stability

US-6277476 (20010821) Matched ink/receiver set containing colloidal inorganic particles

US-6576412 (20030610) Hydrophilic colloid composition

US-6685836 (20040203) Method for separating a mixture of colloidal aluminosilicate particles

US-6706467 (20040316)Coating fluid for imaging element comprising solubilized collagen

gelatin colloidal dispersion

Nalco

Chemical

Company

US-4929382 (19900529) Cationic coagulants plus colloidal silica for use in paint detackification

US-5168082 (19921201) Functionalized colloidal silica sol as a ceramics additive

US-5512181 (19960430)Removing silica from cooling waters with colloidal alumina and

dialysis

US-5620629 (19970415) Colloidal silica/polyelectrolyte blends for natural water clarification

US-5667697 (19970916) Colloidal silica/polyelectrolyte blends for natural water clarification

US-5840158 (19981124) Colloidal silica/polyelectrolyte blends for pulp and paper applications

US-6270627 (20010807) Use of colloidal borosilicates in the production of paper

Nalco

Chemical

Company

US-6310104 (20011030) Process for producing colloidal borosilicates

US-6358364 (20020319)Method for flocculating a papermaking furnish using colloidal

borosilicates

US-6361652 (20020326)Method of increasing drainage in papermaking using colloidal

borosilicates

US-6361653 (20020326)Method of increasing retention in papermaking using colloidal

borosilicates

US-6372805 (20020416) Colloids comprising amorphous borosilicate

US-6372806 (20020416) Method of making colloidal silica



XeroxCorporation

US-4122030 (19781024) Formation of colloidal dispersions of selenium by the locus control method

US-4252671 (19810224)Preparation of colloidal iron dispersions by the polymer-catalyzeddecomposition of iron carbonyl and iron organocarbony

US-4252672 (19810224)Preparation of colloidal iron dispersions by the polymer-catalyzeddecomposition of iron carbonyl and iron organocarbony

US-4252673 (19810224)Preparation of colloidal cobalt dispersions by the polymer-catalyzeddecomposition of cobalt carbonyl and cobalt organoc

US-4252674 (19810224)Preparation of colloidal cobalt dispersions by the polymer-catalyzeddecomposition of cobalt carbonyl and cobalt organoc

US-4252675 (19810224)Preparation of colloidal group VI-A transition metal dispersions by thepolymer-catalyzed decomposition of carbonyl comp

US-4252676 (19810224)Preparation of colloidal group VII-A transition metal dispersions bythe polymer-catalyzed decomposition of carbonyl and

US-4252677 (19810224)Preparation of colloidal dispersion of nickel, palladium and platinum bythe polymer-catalyzed decomposition of carbonyl

US-4252678 (19810224)Preparation of colloidal dispersions of ruthenium, rhodium, osmium andiridium by the polymer-catalyzed decomposition of

US-4645619 (19870224)Process for the preparation of colloidal dispersions of chalcogens andchalcogenide alloys

US-5362417 (19941108) Method of preparing a stable colloid of submicron particles

US-5578245 (19961126) Method of preparing a stable colloid of submicron particles

Wacker-ChemieGmbH

US-4345056 (19820817)Process for suspension polymerization of vinyl chloride employingmixed protective colloids

US-4857582 (19890815) Process for preparing colloidal suspensions of organopolysiloxanes

US-5124401 (19920623)Finely-divided vinyl chloride-ethylene copolymers stabilized byprotection colloids

US-6201062 (20010313)Method for producing protective colloid-free dispersions and dispersionpowders

US-6300403 (20011009) Method for producing polymers stabilized with protective colloids

US-6316568 (20011113)Crosslinkable protective colloids for use in the polymerization ofunsaturated monomers

US-6489391 (20021203)Process for preparing aqueous, protective colloid stabilized vinyl esterhomopolymer and copolymer dispersions

US-6552120 (20030422)Use of Vinylaromatic/1,3-diene copolymers stabilized with protectivecolloids in building adhesive formulations

US-6559259 (20030506)Compositions containing addition polymers prepared using crosslinkableprotective colloids

US-6566434 (20030520)Vinyl aromatic-1,3-diene copolymers stabilized with protection colloidsused for modifying materials containing plaster or calcium carbonate

US-6656983 (20031202)Vinylaromatic/1,3-diene copolymer stabilized with protective colloidsas adhesives for porous substrates

US-6756454 (20040629)Process for reducing the odor of vinylaromatic-1,3-diene copolymerdispersions stabilized by protective colloids


일본 특허(3)

가 연도별 출원건수( )

그림 일본 특허의 연도별 출원 추이< 3-15>

8

5

89

7

10

13

5

1716

18

14

18

12

8

1413

1514

6

11

14

18

29

16

33

26

42

24

2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003

1996∼

2000

25%

1990 이전

41%

1991∼

1995

13%

2001 ~

2005

21%

특허건수

콜로이드에 관한 일본 특허출원은 의 시작년도부터 현재JEPA DB

까지 지속적으로 이루어지고 있으며 년대 중반기이후 감소하던 특, ’80

허출원이 년대 후반 들어 다시 급속하게 증가하는 경향을 보였다90 .

시기별 특허출원 비율을 비교하면 년대 후반기에 특허출원이 급, 90

증하였음을 알 수가 있다 년에서 년사이의 출원된 특허는 전체. 91 95

누누적특허건수의 이지만 년에서 년사이의 출원된 특허는13% , 96 2000

전체의 를 차지하였다 년 이후 출원된 특허의 비율도 를25% . 2001 21%


차지하고 있다 특허등록심사가 진행 중인 점을 감안하면 년 이. , 2000

후 출원된 특허건수도 상승곡선을 그릴 것으로 예측된다.

나 출원인 분석( )

전체 건의 특허출원에서 특허출원기관은 개 기관으로 기관당445 273

개의 특허를 출원하였다 특허 출원인을 분석하면1.63 . , Fuji Photo

Film 과 이 건으로 선두를 차지하고 있으며 다음Co Ltd NEC Corp 13 ,

으로 등이 건을 출원하였Bando Chem Ind Ltd, Nippon Paint Co. 12

다 출원인별로 특허출원이 시기별로 집중되어 있는 양상을 보이고.

있는데 등은 년대, BANDO Chem Ind Ltd, Nippon Paint Co Ltd 90

후반들어 집중적으로 콜로이드 관련 특허를 출원한 것으로 집계되었

다 반면에 는 년대 이전에 건의 특허를 출원하였으며 이후. NEC 90 13 ,

특허출원이 없는 것으로 나타났다.

그림 일본특허의 출원인별 추이< 3-16>


표 일본 특허의 출원인< 3-17>

연 도 이전90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 계Fuji Photo Film Co Ltd 4 1 0 0 1 0 1 0 0 0 3 2 1 0 0 13

NEC Corp 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 13

BANDO Chem Ind Ltd 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 6 3 1 0 12

Nippon Paint Co Ltd 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 3 5 0 1 12

Tanaka Kikinzoku Kogyo KK 6 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 3 0 12

Technol 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 12

Konica Corp 1 0 0 0 0 3 0 2 1 1 1 0 0 0 0 9

Nippon Chem Ind Co Ltd 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 1 3 0 0 0 8

Asahi Denka Kogyo KK 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 4 0 0 0 0 6

Kao Corp 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6

Nippon Oil Co Ltd 5 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6

표 일본특허의 주요 출원인 특허 목록< 3-18>

출원인 특허등록번호 특허 제목

FujiPhotoFilm CoLtd

JP-0001096 (20030107)Method Of Synthesizing Metal Chalcogenide Colloidal Particles UsingUltrasonic Wave And Optical Recording Medium Containing TheParticles

JP-0001096 (20020108) Method For Producing Chain-Like Metal Colloidal Dispersion

JP-0006196 (19960112)Photographic Hydrophilic Colloidal Emulsion And Silver HalidePhotographic Sensitive Material

JP-0027424 (19790301)Corrosion Preventing Method Of Hydrophilic Colloid Of Silver HalidePhotographic Materials

JP-0064231 (19800514)Bonding Method For Hydrophilic Colloid Layer On Plastic FilmSubstrate

JP-0130218 (19761112)Non-Silver Salt Type Photosensitive Materials Sensitized By ColloidalElments

JP-0188132 (19920706)Hydrophilic Colloid Composite And Silver Halide PhotographicSensitive Material

JP-0194208 (19970729)Aqueous Dispersion Of Core-Shell Composite Particles Made OfColloidal Silica As Core And Organic Polymer As Shell And ItsProduction

JP-0249318 (20020906)Method For Producing Colloidal Dispersion Of Zinc Sulfide, MethodFor Producing Optical Recording Medium Using The Same, OpticalRecording Medium, And Optical Recording Method

JP-0279304 (20011010)Chain-Shaped Metallic Colloid Dispersed Liquid And Its ProductionMethod


출원인 특허등록번호 특허 제목FujiPhotoFilm CoLtd

JP-0281401 (20011010)Low Reflection Transparent Electrically Conductive Laminated FilmUsing Chain Metallic Colloid

JP-0286028 (20031007) Metallic Oxide Colloid And Its Manufacturing Method

JP-0324442 (19921113)Photographic Hydrophilic Colloidal Composition And Silver HalidePhotographic Sensitive Material

Nec Corp

JP-0004071 (19880109)Catalytic Solution Of Copper Colloid For Electroless Plating And ItsProduction



JP-0019782 (19860128) Copper Colloid Catalyst Solution

JP-0019783 (19860128)Copper Colloid Catalyst Solution For Electroless Plating And ItsPreparation

JP-0019784 (19860128)Copper Colloid Catalyst Solution For Electroless Plating And ItsPreparation

JP-0023762 (19860201)Copper Colloidal Catalytic Solution For Electroless Plating And ItsManufacture

JP-0023763 (19860201) Copper Colloidal Catalytic Solution For Electroless Plating



JP-0139672 (19860626)Production Of Colloidal Copper Catalyst Solution For ElectrolessPlating

JP-0263972 (19871116)Colloidal Solution For Copper Catalyst For Electroless Plating And ItsProduction


BandoChemInd Ltd

JP-0161864 (20040610) Metal Colloidal Liquid And Conductive Coating Film

JP-0169162 (20040617) Metallic Colloidal Liquid, Its Preparation Process And Use

JP-0176455 (20030624) Metal Colloidal Liquid And Electroconductive Coated Film

JP-0178919 (20040624) Metal Colloid Solution And Conductive Film Made From The Same

JP-0187640 (20030704) Metal Colloid Liquid And Conductive Film

JP-0226891 (20040812) Colloidal Solution, Colloidal Crystal, And Fixed Colloidal Crystal

JP-0239372 (20020827) Colloidal Metal Solution

JP-0241813 (20020828) Method For Producing Metallic Colloidal Liquid

JP-0245854 (20020830) Colloidal Solution Of Metal, And Manufacturing Method Of The Same


출원인 특허등록번호 특허 제목BandoChemInd Ltd

JP-0325831 (20011122)Metal Colloid Solution, Conductive Ink, Conductive Coating AndConductive Coating Forming Base Film

JP-2001167647(20010622)Silver Colloidal Aqueous Solution, Method Of Preparing Silver ColloidalAqueous Solution, Conductive Film And Method Of FormingConductive Film

NipponPaint CoLtd

JP-0018962 (20040122) Method Of Forming Metal Colloid Pattern

JP-0033901 (20040205) Production Method For Metal Colloidal Solution

JP-0075703 (20040311)Method Of Preparing Metal Colloidal Solution And Metal ColloidalSolution

JP-0080647 (19990326)Colloidal Solution Of Noble Metal Or Copper And Production ThereofWith Paint Composition And Resin Molded Material

JP-0099991 (20040402) Bismuth Colloidal Solution And Its Manufacturing Method

JP-0103158 (20030408)High Concentrated Metallic Colloid Particle Solution And ItsManufacturing Method And Method For Forming Metallic Film

JP-0124237 (20040422) Nickel Colloidal Solution And Its Production Method

JP-0220354 (19940809) Colloidal Particle And Aqueous Coating Composition

JP-0256915 (20040916)Composite Metallic Colloidal Particle And Solution, And ProductionMethod Therefor

JP-0285207 (20021003)Platinum Colloidal Aqueous Solution, Its Manufacturing Method, AndMethod For Supporting Platinum

JP-0319538 (19991124) Production For Colloid Of Noble Metal Or Copper

JP-0338850 (20021127)Metal Colloidal Solution, Method For Producing The Same, CoatingMembrane Obtained From Metal Colloidal Solution

다 국제특허분류 분석( )

개의 국제특허분류 의68,851 (International Patent Classification, IPC)

세부기술분야 중 클로이드 관련 일본특허의 기술분류는 모두 개790

기술분야에서 출원된 것으로 집계되었다 이 중 건 이상의 특허에. 10

해당하는 분류는 개이며 건 이상의 특허에 해당하는 특허분IPC 15 , 15

류는 건으로 집계되었다 이들 기술분야는 건5 . B01J-013/00(103 ), B22F-

건 건 건009/24(30 ), B22F-009/00(18 ), G01N-033/553(16 ), B24B-037/00

건 등으로 아래 표에 연도별 추이표를 정리하였다(15 ) .


표 일본특허의 주요 국제특허분류 추이< 3-19> (IPC)

연 도 이전85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 계B01J-013/00 5 0 7 3 1 6 2 3 7 2 2 2 4 7 8 12 12 13 7 0 103

B22F-009/24 2 0 4 2 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 2 4 9 2 1 30

B22F-009/00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 3 7 1 0 18

G01N-033/553 0 0 1 0 0 0 0 3 1 0 4 0 3 1 0 0 0 1 1 1 16

B24B-037/00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 4 5 3 0 0 15

그림 일본특허의 국제특허분류 추이< 3-17> (IPC)

그림 일본특허의 주요 출원인 국제특허분류< 3-18> (IPC)

2

4

6

8

10

B01J-013/00

B22F-009/24

C09D-005/24

C09D-001/00

C23C-018/40B22F-009/00

C23C-018/30

H01B-001/22

H01B-005/14

BANDO ChemInd Ltd

Fuji Photo Filmco ltd

NEC Corp

Nippon PaintCo Ltd

BANDO ChemInd Ltd

Fuji Photo Filmco ltd

NEC Corp

Nippon PaintCo Ltd


주요 출원인의 특허는 에 집중되어 있으며 출원인별B01J-013/00 ,

로 다른 특성을 보여주고 있다 은 에. Fuji Photo Film B01J-013/00 집

중되어 있지만 는, Bando Chem Ind Ltd H01B-001/22, H01B-005/14,

등에넓게걸쳐있다 한편 은C09D-005/24 . NEC C23C-018/30, C23C-018/40

등에 집중되어 있는 것으로 나타났다.

71

4

결 론

기술 및 시장의 향후 전망1.최근의 과학 기술은 나노라는 단어로 집약될 수 있는데 다양한‘ ’ ,

분야에서 나노 기술을 통해 상호간 접목이 시도되고 있다 나노 과학.

기술은 초직접화 초미세화가 요구되는 생명과학 광전자 기술 전자, , ,

공학 마이크로시스템과 같은 다양한 분야에서 한계에 이른 현재의,

기술에 새로운 가능성을 제공하고 생명 기술과 정보화 기술과 더불,

어 미래의 인류 생활을 진일보시킬 수 있는 새로운 과학 기술 개념으

로 기대되고 있다.

동일한 물질 내에서도 입자크기가 나노미터 수준으로 미세해지면

물질 자체의 전자 및 결정구조의 변화 입자의 표면적 증가에 따른,

표면 물성의 증가 등 때문에 현재 주로 연구되고 있는 마이크로미터

수준의 입자와는 매우 다른 물리적 화학적 전자기적 광학적 특성이, , ,

얻어진다 에너지의 양자적 특징은 나노미터 수준의 미세구조의 성질.

을 이해하기 위한 중요한 이론적 토대를 마련해 주었으며 광 전자기, ,

적으로 원하는 특성을 갖는 재료를 디자인할 수 있도록 하여 주었다.

이렇게 특별한 기능을 나타내기 위해 디자인된 미세 나노 구조체들은

그것을 이루는 기본적인 단위체들의 크기에 따라 발현되는 독특한 물

리적 특성을 보인다.


최근 비약적인 발전을 보이고 있는 콜로이드 결정은 그 자체가 중

요한 연구 대상일 뿐 만 아니라 다른 나노구조물 제작을 위한 차 또2

는 차원적인 주형으로 사용될 수 있다 결정구조의 조절은 나노구조3 .

체의 특성 결정에 매우 중요한 역할을 한다 구형의 단분산 콜로이드.

입자는 약품 전달매체부터 광학 소자까지 폭넓은 분야에서 출발 소재

로 선택되고 있다 즉 가장 간단한 형태의 조립 물체로서 대량으로.

제조 가능하여 콜로이드 결정을 제조하는데 가장 적합하다 이러한.

구형 단분산 콜로이드 입자와 이로부터 파생되는 소자는 아직 초기

개발단계에 머물고 있다.

양질의 콜로이드 결정을 제조할 수 있게 되면서 이를 주형으로 사

용한 매크로 다공체의 연구가 활발해졌다 다공체의 제조에 있어서.

콜로이드 결정을 주형으로 사용하는 방법은 규칙적이고 다양한 조성

에 적용할 수 있기 때문에 짧은 기간 내에 다른 주형을 대체하게 되

었다 즉 우리가 제조하고자 하는 조성이 있으면 콜로이드 주형으로.

다공체의 제조가 가능하고 이는 매크로 다공체를 지금까지 생각하지,

못했던 분야에 적용하여 화학적 응용 범위가 대단히 넓어졌음을 의미

한다 또한 와 같이 광학 분야에까지 응용 분야가 확대되었다 화. PBG .

학적 특성와 광학적 특성의 결합으로 지금까지 다루어 왔던 소자와는

달리 물리 화학 공학 등 모든 방면에서 새로운 가능성을 열어두고, ,

있다.

나노 콜로이드 입자부터 크기의 소재에 이르기 까지 넓은 범mm

위의 물체를 이용하여 전기적 기능을 갖는 구조체를 제조하는 연구는

그 자체로 현존하는 거의 모든 과학 기술 분야가 융합되어 있다고 해

도 과언이 아니다 콜로이드 뿐만 아니라 탄소 나노튜브 반도체 나노. ,

와이어도 밀접한 관련을 갖고 연구되고 있고 생명공학은 또 하나의,

제 장 결 론4 73

다른 끝에 자리하고 있다 따라서 연구 경향이나 기술의 발전 방향은.

매우 다양할 수 밖에 없다 예측이 불가능한 미래의 기술분야 중의.

하나라고 할 수 있다.

연구개발 전략 및 정책적 제언2.콜로이드 결정을 산업적으로 이용하기 위해서 다음과 같은 연구전

략이 필요하다 예를 들면 다양한 재료로 대상을 확대하고 더욱 복잡.

한 구조의 결정을 제조하여야 한다 현재로서는 무기재료 중 실리카. ,

유기 고분자 재료 중 폴리스타이렌과 폴리 메틸메타 크릴레이트 만( )

을 구형 입자로 만들 수 있는데 이들 재료의 광학적 전기광학적 특, ,

성은 크게 주목을 끌 만한 것이 못된다 따라서 현재 사용 중인 주요.

한 재료를 구형 단분산 입자로 제조하는 기술이 선행되어야 한다 결.

정 구조를 보면 자기조립 방법의 한계로 인하여 몇몇 구조를 제외하

고 임의의 구조를 갖는 결정을 제조하지 못하고 있다 최근 레이저.

광에 의한 입자 조작법 은 원하는 위치에 입자를 쌓는 방법으로[68]

주목 할만하나 성장 속도가 매우 느리므로 실용적이지 못하다 결함.

은 특정 응용 분야에서 요구하는 농도 이하로 억제되어야 한다 이를.

위하여 서로 다른 크기의 입자를 사용하기도 하는데 결함 제어 뿐,

만 아니라 복잡한 구조의 콜로이드 결정을 제조하는데 유리한 것으로

알려져 있다 그 밖에 기존의 레이저 다이오드와 같은 전기 광학 소. , -

자의 집적회로 제조법과 어떻게 융화시킬 것인가도 중요한 논점이다.

매크로 다공체의 응용을 위해서 연구해야 할 대상은 다음과 같은

것이 있다 화학적인 응용은 화학 종이 매크로 기공을 통하여 반응점.

으로 쉽게 접근하는데 초점이 있다 따라서 촉매 흡착 분리 등의 기. , ,


능을 증진시키기 위하여 마이크로 또는 메조 기공의 선택성과 높은

비표면적을 유체의 원활한 흐름과 결합시켜야 한다 전지재료 센서. , ,

생체재료 의료용 진단시약 등도 마찬가지로 차원적인 매크로 기공, 3

에 의해서 기능이 활성화된다 재료에 있어서 가장 중요한 과제. PBG

는 구조의 엄밀한 조절이다 특히 원하지 않는 결함을 제거하면서 동.

시에 원하는 결함을 원하는 장소 농도로 넣을 수 있어야 한다 이러, .

한 재료에 있어서 초보적인 기능의 구현과 소자 제조는 짧게는 년5

정도의 연구로 이루어진 것이므로 앞으로 많은 발전이 기대되는 분야

이다.

전기적 구조체 분야에 있어서 콜로이드 결정 구조체와 분자 전자공

학을 결합시킬 때 전자회로의 미세화 및 집적화에서 큰 발전을 이룰

가능성이 높다 예를 들어 콜로이드 조립과 초미세 유동학.

이 상호 융합하여 신개념의 센서가 출현하고 생(nano/micro fluidics)

체 진단용 전자소자와 같은 기술이 발전하리라 예상되며 이른 시일,

내에 새로운 발견과 응용이 나타나리라고 기대되고 있다.

이상과 같이 콜로이드 입자를 기반으로 하는 각종 구조체에 관련된

기술은 어느 한 분야가 중요한 것이 아니라 기존의 기술이 상호 보완

적으로 결합되어 있으며 특정 분야의 돌파구로 새로운 기술이 펼쳐,

질 가능성이 높다 이와 같은 상황에서 학제간 연구는 매우 필요하며. ,

아직 미래의 가능성을 염두에 둔 연구가 주류이므로 신개념의 창출이

나 신기능의 소자 구현에 초점을 맞추는 연구가 요구된다.

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본나노기술분석보고서는과학기술부특정연구개발사업 나노기술종합정보지원체제구축사업 의 차년도 사업으로 발간되었습니다2 (2004.7 - 2005.4) .

ISBN 89-5884-316-0 93570

나노 콜로이드 제조 및 응용년 월 일 인쇄2005 4 25

년 월 일 발행2005 4 29

발행처

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130-742

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등록 년 월 일 제 호: 1991 2 12 5-258

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