2024년도 나노 및 소재기술개발사업_

국가전략기술소재개발 안내문

1. 사업개요

□ 사업목적

ㅇ 12대 국가전략기술을 뒷받침 하기 위해 향후 10년 뒤 미래에 필요한 소재 선점을 위한 선제적 R&D추진

□ 사업내용

ㅇ (국가전략기술소재개발) 국가전략기술분야의 기술 로드맵 기반으로, 기술 난제를 해결하기 위해 지원

- (지원기간) ‘24.4. ~ ‘28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

- (지원규모) 신규 RFP 14개, RFP당 1개 연구단 선정

연구단당 연구비 ‘24년 11.25억원/9개월, ‘25~‘28년 15억원/년 내외

□ 사업의 특징

ㅇ (기술난제 제시) 과제별 기술난제들의 해결 방안을 제시하고, 본 과제기간(5년 이내) 동안 달성할 수 있는 수준을 자율 제시하여야 함

※ 과제제안요구서에서 확인

ㅇ (IP-R&D) 원천특허 확보를 위한 맞춤형 특허전략 지원 및 특허 포트폴리오 구축․점검

- 특허전략 조기 수립을 위한 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 실시 예정

※ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ (데이터 관리) 연구데이터의 수집·공유·활용성 향상을 위한 연구데이터 관리계획(DMP: Data Management Plan) 제출의무 대상 사업임

- 주관연구기관(연구책임자)은 연구 과제를 통해 산출된 연구데이터의 체계적인 관리 및 공유·활용을 위한 전문기관의 조치에 성실하게 응하여야 함

※ 연구수행 과정에서 창출된 연구데이터는 전문기관이 지정하는 시스템에 제출

※ 선정된 과제는 협약 시 데이터관리계획(DMP) 작성 컨설팅에 참여해야 하며, 연구데이터 등록‧관리 이행(단계평가 시 DMP 이행점검)

ㅇ (가(假)선정제도 운영) 성과관리 체계화를 위해 필요시 PM과 연구자간의 연구목표 및 성과 등을 상세 논의하는 가(假) 선정단계 운영

※ 가선정→상세계획(수정·보완)→협약→실행→모니터링 및 점검→종료

ㅇ (성과인정 범위) 기술난제 해결 방안 제시 및 특허 출원 등 성과인정 범위

- 과제별 기술난제들의 해결 방안을 제시하고, 본 과제기간(5년) 동안 달성할 수 있는 수준을 자율 제시하여야 함 ※ 과제제안요구서에서 확인

- 특허 출원 등 해당 과제와 직접적 연계성을 가져야 하며, 모든 성과는 기여율이 50% 이상인 경우에 한해 발생성과로 인정함

2. 2024년도 상반기 공고과제

□ 지원규모 및 기간      ※ 상세내용은 [붙임] 과제제안요구서 참고

【 국가전략기술소재개발 】

분류	과제제안요구서명	총 연구기간	당해 연구기간	당해 지원규모	형태
국가전략기술소재개발	(1) 반도체 고직접화를 위한 배선과 이종집적/2.5,3D IC를 위한 통전 소재 기술 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(2) 고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(3) 신축 디스플레이용 30% 이상 2축 인장 시 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 Backplane 원천 소재 및 공정 기술 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(4) 저탄소 건식공정용 고에너지밀도 리튬이차전지 전극소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(5) 폐전지 직접 재생기술 기반 전기차용 단결정 양극 소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(6) 소듐냉각고속로 피복관용 크리프 및 중성자 조사 저항성 내열소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(7) PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(8) 그린수소 생산용 해수활용 음이온교환막 수전해 소재 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(9) Sub-THz 통신오류 최소화용 다기능 올인원 소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(10) 경-연조직 인터페이스 통합재생용 경사기능소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(11) 우주 발사체용 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(12) 우주･항공용 초경량･고강도 동시구현 복합소재	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(13) 소프트 로봇용 고성능 고내구성 인공근육 소재 개발	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위
	(14) 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3D 프린터블 회로 형성 기판소재 기술	24.4.~28.12. (4년 9개월)	24.4.~24.12. (9개월)	11.25억원 (9개월 분)	단위

□ 과제구성

ㅇ 1개의 과제제안요구서(RFP) 당 1개의 단위과제로 구성하여야 함

ㅇ 주관연구개발기관은 비영리기관으로 한정함(기업은 주관연구개발기관이 될 수 없음)

ㅇ 주관/공동/위탁과제 책임자, 국외참여 공동연구원은 각 과제제안요구서(RFP) 1개당 1개의 과제만 신청할 수 있음

- 한 과제제안요구서(RFP)가 복수의 분야로 구성된 경우에도 해당 과제제안요구서(RFP) 내에서 1개의 과제만 신청 가능

- 중복 신청자가 포함된 모든 과제는 평가 대상에서 제외

ㅇ 원활한 연구단 성과관리를 위해 기술적 대응이 가능한 참여연구원 중 1명 이상을 전담인력으로 필수 지정(해당인력의 연락처를 연구계획서 1페이지(실무담당자)에 추가)

ㅇ (필요시) 주관연구개발기관은 공동/위탁과제를 포함하여 구성 가능

3. 평가지표(안)    ※ 평가계획 수립시 일부 변경 가능

평가항목	평가지표	배점
창의성·도전성 (50)	○ 기술난제 해결방안(극복기술)의 적절성 ○ 기술개발 구현을 위한 아이디어의 창의성 ○ 기술개발 목표의 도전성 및 명확성(검증 가능성) ○ 연구수행 방법론의 적합성 ○ 원천기술(특허포트폴리오) 확보 계획의 구체성	50
연구개발 역량 (35)	○ 연구책임자의 역량 및 경험 ○ 목표 달성을 위한 연구팀 구성의 적절성	20
	○ 연구팀 운영 계획의 효율성 ○ 기술개발 및 기술사업화 동향 모니터링 계획의 구체성 ○ 연구기반 구축 수준 및 주관 기관의 지원 의지	15
파급효과 (15)	○ 신산업 창출 가능성 등 산업경제적 파급효과 ○ 사회적 문제 해결 등 사회적 파급효과	15

※ 동점과제의 경우, 높은 배점의 평가항목 평가점수가 높은 순으로 우선순위 부여(창의성도전성(50점) → 연구개발 역량(35점) → 파급효과(15점))

4. 향후일정(안)  ※ 상기 일정은 추진 상황에 따라 향후 변동될 수 있음.

일정	내용
2024.2.15.(목) ~ 3.4.(월)	연구계획서 접수(신청 마감일)
2024.2.15.(목) ~ 3.5.(화) 12:00	주관연구기관 검토·승인기간
2024.3월 ~ 4월	선정평가 실시
2024.4월 중	사업 추진위원회 심의
2024.4월 (예정)	협약체결 및 연구개시

◾사업설명회 개최 : 2024. 2. 15.(목) 09:00 ∼ 18:00, 온라인

* 개최일정은 추후 변경될 수 있으며, 연구재단(www.nrf.re.kr) 홈페이지에 공지 예정

붙임		과제제안요구서

2024년도 나노 및 소재기술개발사업_

국가전략기술소재개발 RFP_[최종공고용]

1. 신규 과제 및 사업 규모

ㅇ (지원기간) : ‘24.4. ~ ‘28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ (지원규모) : 신규과제 14개, 과제별 15억/년 내외

담당 PM	RFP명	연구비 규모	선정 과제수	페이지
나노· 소재	(1) 반도체 고직접화를 위한 배선과 이종집적/2.5,3D IC를 위한 통전 소재 기술 개발	‘24년 11.25억원/9개월 ‘25년~’28년 15억원/년 내외	1	1
	(2) 고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재 개발		1	9
	(3) 신축 디스플레이용 30% 이상 2축 인장 시 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 Backplane 원천 소재 및 공정 기술 개발		1	14
			1	20
	(4) 저탄소 건식공정용 고에너지밀도 리튬이차전지 전극소재
			1	25
	(5) 폐전지 직접 재생기술 기반 전기차용 단결정 양극 소재
			1	29
	(6) 소듐냉각고속로 피복관용 크리프 및 중성자 조사 저항성 내열소재
			1	35
	(7) PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 개발
			1	41
	(8) 그린수소 생산용 해수활용 음이온교환막 수전해 소재 개발
			1	47
	(9) Sub-THz 통신오류 최소화용 다기능 올인원 소재
			1	53
	(10) 경-연조직 인터페이스 통합재생용 경사기능소재
			1	59
	(11) 우주 발사체용 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 개발
			1	63
	(12) 우주･항공용 초경량･고강도 동시구현 복합소재
			1	68
	(13) 소프트 로봇용 고성능 고내구성 인공근육 소재 개발
			1	73
	(14) 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3D 프린터블 회로 형성 기판소재 기술

RFP번호

24-상반기-국가전략-01

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

반도체 고직접화를 위한 배선과 이종집적/2.5,3D IC를 위한 통전 소재 기술 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 해외 선도 반도체 연구소 및 기업(IMEC, Intel, TSMC, IBM 등)은 차세대 트랜지스터 외에 성능 향상에 영향을 미치는 BEOL (Back-End-Of-Line)과 이종집적(heterogeneous integration), 2.5D 및 3D IC 개발에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있으며, IEDM, VLSI, IITC 등 주요 정상급 학술대회에서 지속적으로 연구 결과 보고가 되고 있어 관련 소재 분야의 IP 확보가 절실함

ㅇ 반도체 소자의 scaling에 대응되는 metal pitch reduction은 metal pitch의 physical dimension scaling, track number reduction, self align contact 등의 다양한 interconnect 기술 요소가 필요함. 특히 2 nm 선단 공정에 적용하기 위한 track number reduction 및 소자 성능 향상을 위한 BSPDN(Backside Power Distribution Network) 등의 기술 개발이 활발히 진행되고 있음

ㅇ Interconnects의 경우, 현재 반도체 업계에서는 약 28 nm 수준인 metal pitch를 2030년경 까지 15~18 nm 수준으로 줄이기 위한 기술적 목표를 제시한 상황이며, 목표 달성을 위한 더 얇은 liner, barrier 또는 barrierless 구현과 같은 구조적 혁신이 필요함. 이에 대응하는 표면전도 금속, low-k 소재 등의 신소재 개발 역시 요구됨

ㅇ 또한, via 저항의 감소 및 misalignment tolerance 확보를 위한 Self-Assemble -Monolayer(SAM) 기술을 이용한 via 하부에 barrier가 없는 구조, Dielectric on Dielectric(DoD)기술을 이용한 Fully Aligned Via(FAV) 구조 등의 기술 개발 전략이 제시되고 있으며 Electro-migration(EM), Stress-migration(SM) test를 통한 신뢰성 검증도 요구됨

ㅇ BSPDN과 같은 차세대 소자 연결 기술은 wafer 공정에서의 소자간 상호연결(interconnects), 후공정에서의 wafer bonding, grinding, Through Silicon Via(TSV) technology, metal contact과의 연결성 등의 광범위한 기술적 요소를 포괄함

ㅇ 최근, system의 performance scaling을 위한 주요 전략으로써 각광받는 이종집적(heterogeneous integration), 2.5D 및 3D IC 개발을 위한 핵심 소재 기술은 technology building block의 측면에서 bump 기술, TSV기술, hybrid bonding 기술의 개발이 요구됨.

※ 아래 ‘반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재’또는 ‘극미세피치 수직적층용 통전 소재’ 중 하나를 선택하여 지원

□ 기획 주안점 및 난제 제시

[반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재]

ㅇ 금속의 선폭 감소에 의한 금속 결정립계와 상하부 계면에서 발생하는 전자산란현상은 금속 비저항 감소를 초래하며, 특히 구리금속 배선에서는 구리의 electron mean free path (eMFP)인 39.5 nm 미만에 선폭에 의하여 전자 산란의 급격한 증가가 발생함. 따라서 이러한 전자산란현상을 통제할 수 있는 소재 또는 공정 기술 개발이 제시되어야 함

ㅇ 금속 배선의 선폭 감소는 필연적으로 barrier, liner 박막 두께의 감소가 요구되며 궁극적으로는 barrier, liner 소재가 필요 없는 금속 배선 소재 기술 개발이 목표임

ㅇ Via 및 Si/metal contact 저항 감소 소재 기술, misalignment tolerance 확보를 위한 공정 개발, SAM을 이용한 via 하부에 barrier-less 구조, FAV 구조 등 차세대 배선구조에 관련된 기술 요소들이 연구 내용에 포함될 수 있음

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술난제	난제 해결여부 판단지표
① 나노급 배선에서의 전자산란을 제어 가능한 Barrier-less 신소재 및 공정 기술	- 비저항 저감
② 고주파 신호 지연 극복을 위한 저유전/금속 복합 소재 기술	- 저유전성 - 금속 계면 간 고신뢰성
③ Si/금속 계면 특성 개선을 고려한 초박막 신소재 및 복합화 기술	- 계면 저항 - 초박막 신소재 구현

[미세피치 수직적층용 통전 소재]

ㅇ Bump 기술로는 10 μm 이하의 미세 피치 (bump기술은 5μm pitch까지 scaling 될 것으로 예상) 에서 적용가능한 저융점의 bump 재료 및 접합기술, bump 증착 기술이 필요함

ㅇ Chip의 고집적화를 위한 핵심 기술 요소로써 D2W(Die to Wafer) 혹은 W2W (wafer to wafer)의 Cu/Cu간의 hybrid접합 기술이 요구됨. 특히 업계에서 예상하는 기술 로드맵은 2030년경 D2W hybrid bond가 2 μm 이하의 pitch, W2W hybrid bond의 경우는 0.5 μm이하 pitch가 구현될 것으로 예상함. 따라서 이에 대응하는 hybrid접합 전 roughness 조절, 전처리기술, monitoring 기술, 현재보다 우수한 bonding mechanism을 가지는 금속배선, residual stress 조절 기술, wafer bow control 기술 등이 요구됨

ㅇ Chip의 수직적층화, BSPDN을 위한 핵심 기술인 TSV 기술의 경우, 1 μm이하 CD의 HAR (High Aspect Ratio, 1:20이상) TSV에서 barrier/liner기술, seam/void등 defect free electro-plating기술, low thermal stress, low resistive filling metal 구현 등이 요구됨

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 미세피치 수직적층용 통전 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술난제	난제 해결여부 판단지표
① 극미세피치 범프 소재 기술	- 선폭 - 저융점 성능
② 미세 TSV 수직 배선 형성 소재 기술	- 무결함도 - 배선 저항
③ 극미세피치 범프 프리 다이렉트 접합 금속 소재 기술	- 직접 접합 기술 - 전기적 신뢰성 - 열적 안정성

2. 연구개발목표

※ 아래 ‘반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재’또는 ‘극미세피치 수직적층용 통전 소재’ 중 하나를 선택하여 지원

[반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재]

ㅇ 최종 목표 : 기존 Cu 배선 대비 성능이 개선된 금속배선 소재를 사용하여 ≤ 20 nm pitch M0/M1 배선 선폭에서도 적용할 수 있는 Barrier-less Via/Contact 소재 및 공정기술 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 배선 금속 소재 개발 및 전달 특성 평가 - 나노급 배선에서의 전자 산란을 제어 가능한 저저항 금속 배선용 신소재 및 공정 개발 - 10 nm 이하 미세 선폭 금속 배선에서 기존 구리의 비저항 증가 대비 비저항 증가가 낮아야함 ·예시) 10 nm 이하 선폭에서 신규 물질의 비저항 증가 억제 제시 (참고, Cu의 경우 300% 이상) ·예시) 신규 물질의 10 nm 급 선폭 응용 via 구조에서 seamless filling 제시 ·예시) 10 nm 급 선폭의 고종횡비 구조에서 step coverage 100 % 달성 (w/o void) - 전자 산란과 비저항(resistivity)이 직접적으로 고려된 지표를 아래와 같이 Figure of merit, (FoM)으로 설정하여 정량적 목표 제시 ·FoM:ρ0λ(ρ0: bulk resistivity, λ: electron mean free path, eMFP) ·예시) FoM ≤ 6.8 [10-16 Ω∙m2] - 성능 지수 평가 플랫폼 확보를 위한 테스트 패턴 및 low-k 절연막 집적 공정 평가 ·예시) low-k 절연막 (k ≤ 2.0 소재) 적용 및 평가 방법 제시 ㅇ 계면 특성 평가 - 단면적 감소에 따른 기존 확산 방지막 (barrier) 대체 가능한 초저(ultra-low) 비저항, 초박막 barrier 소재 평가와 배선 금속 간 계면 특성 평가 - 계면 간 접착 강도와 표면의 화학적, 기계적 안정성 평가를 통한 집적 공정 가능성 검증 ·예시) Cohesive energy (원자간 bonding energy) > 5.5eV 확보 (bulk Cu의 경우 ~3.4 eV ·예시) EM, SM의 소자 신뢰성 달성 ㅇ 시뮬레이션 기반 소재 물성 평가 - 시뮬레이션(예:DFT 계산)을 통한 소재 선정 시 계면 간 접착 강도와 표면의 화학적, 기계적 안정성 평가를 통해 집적 공정 가능성 검증 ·예시) 신규 소재 물성의 DFT 계산 결과 제시 (참고, Bulk Cu cohesive energy 3.4 eV) - 시뮬레이션을 통한 신규 배선 소재 특성과 실제 개발 소재의 정합성 확보 평가 ㅇ Barrier-less를 포함한 Via/Contact 형성에 필요한 소재 개발 ·예시) Self-Assemble-Monolayer (SAM)용 재료, Fully Aligned Via(FAV)용 Dielectric on Dielectric (DoD) 재료, Selective-Area Atomic Layer Processing (SA-ALP) 재료 등
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 신규 배선 소재의 Via/Contact 성능 개선을 위한 공정 및 응용 - Seamless via 형성을 위한 소재 공정 및 selectivity 구현을 위한 소재 식각 공정 등의 박막 공정 기술 개발 ·예시) Area-Selective Atomic Layer Etching (AS-ALE) - 최종 증착된 박막의 area selectivity 및 Via구조 개선에 관련된 전략 제시 및 검증 ·예시) SAM, FAV, DoD 등 ㅇ 신규 배선 소재와 low-k 절연막 간 신뢰성 및 집적 공정 평가 - 확산 등 화학적 안정성 평가와 신호전달 효율성 검증 - BEOL 공정 적용 가능성 검증 및 후속 공정의 화학적 안정성 확보 ㅇ 신규 배선 소재의 CMOS 기반 소자 적용 평가 및 BSPDN 적용 기술 검증 - 신규 배선 소재의 CMOS 기반 소자 (예시, ring oscillator 등) 적용 시 성능 개선 검증 ·예시) 신규소재 적용시 RC delay 개선, 개선율 자율제시 - 신규 배선 소재 적용된 소자 시뮬레이션과 실제 측정 소자 결과와의 비교 제시 - 시뮬레이션 및 실제 소자 제작을 통해 신규 배선 소재의 BSPDN 적용 시 성능 제시 ㅇ 전기적 신뢰성 및 열적 안정성 등 신뢰성 검증 ·예시) EM/SM,TDDB 등 Cu 대비 개선 평가 제시 ㅇ Barrier-less 구조 구현 및 성능검증 - 신규 금속 소재 개발 등 본 연구 과제의 모든 전략을 종합하여 barrier-less 구조 구현 및 barrier 구조와 비슷한 수준의 성능 달성 ·예시) Barrier-less 금속 배선의 RC delay를 barrier 구조의 동일 수준으로 달성

[미세피치 수직적층용 통전 소재]

ㅇ 최종 목표 : 고집적화를 위한 10μm 이하의 극 미세피치 범프, 1 μm 이하의 범프프리 칩 접합(hybrid bond) 및 1 μm hole 이하의 TSV용 저저항 금속 소재, 공정 및 요소 장비 기술 개발.

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 신규 범프 소재 개발 및 성능 평가 - I/O pitch 10μm 이하의 극 미세피치 범프 구조 필요 - 저온 공정 온도 달성 ·예시) 공정온도 200 ℃ 이하 - 범프 금속 소재 신규 개발 시, barrier seed와 pillar(예: Cu/Ni/Cu) 전체를 고려하여, solder와 UBM(under bump metallurgy) 사이에 IMC(intermetallic compound) 형성 억제 전략이 필요 ·예시) 250 ℃ thermal cycle에서 전체 대비10~20% 수준으로 IMC 생성량 제어, No void 달성 - 접합 강도 검증 및 향상 ·예시) shear strength 30 % 향상 - Bump높이 평탄성 ·예시) 20 μm pad에서 평탄도(coplanrity) ≤ 1 μm ㅇ TSV용 수직 통전 소재 - Defect-free 초미세 수직 배선 소재 및 공정개발 - High aspect ratio(예시: 2 μm opening /40 μm depth or 1 μm opening/20 μm depth)에서 무결함이 보장되는 고품질 filling이 가능한 공정 및 소재 기술 개발 - 비저항 감소 뿐만 아니라 thermal stress 감소, 접착 불량(adhesion failure) 방지도 고려되어야 함. ·예시) 기존 Cu 대비 thermal stress 80% 이하 ㅇ Hybrid bonding 공정 및 소재 개발 - I/O pitch의 감소(D2W: ≤ 2 μm, W2W: 0.4 μm)에 대응하는 소재 및 공정 개발이 요구됨 - bonding 공정의 핵심 성능(공정온도, 금속의 expansion rate, bonding strength 및 interdiffusion length) 향상이 가능한 소재 및 기술 개발 ·예시) 공정온도 ≤220 ℃ ·예시) expansion rate ≥ 30% ·예시) inter-diffusion length ≥ 50%(@500nm) ·예시) bonding strength ≥ 2.5 J/m2 - Bonding 전 표면 준비 과정에 관련된 기술 요소(Wafer-die 간 정렬, particle 세정, 표면활성화)에 대한 개선 방안 제시 및 검증 ·예시) 정렬 오차 ≤ 100 nm(@1μm pitch D2W) ·예시) 표면에서 검출되는 particle 크기 ≤ 1 μm ·예시) 표면 CuO 두께 ≤ 2 nm
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 주요 기술 항목에 대한 신뢰성 검증 및 개선 - 1단계 주요 항목인 범프, TSV, hybrid bonding 소재에 대한 신뢰성 검증 - 다양한 신뢰성 검증tool(예시: TC, HTS, HAST, EM, SM, TDDB test 등)으로 교차검증하여 최소 요구 신뢰도 만족 및 기존 기술 대비 향상점 제시 ㅇ 실제 반도체 제품(모듈) test를 통한 양산向 기술 개발 - 대면적 직접 접합 기술(D2W or W2W)로 확장 및 고성능 반도체 모듈 적용 - 용융온도 200 ℃ 이하 솔더 범프 소재 개발완료 - Multi-chip bonding technology 제안 및 검증

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 관련 소재의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) [반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재] ㅇ 성능목표를 만족하는 Barrier-less 금속 소재 시작품 제작 [미세피치 수직적층용 통전 소재] ㅇ 성능목표를 만족하는 수직적층용 통전 소재 시작품 제작

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 본 RFP에 제시된 ‘반도체 배선용 Barrier-less 금속 소재’또는 ‘극미세피치 수직적층용 통전 소재’ 중 하나를 선택하여 지원 필수

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

- 복수의 주제 중 1개 연구단 선정 예정

RFP번호

24-상반기-국가전략-02

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 인공지능·빅데이터 처리용 고성능 반도체 모듈 및 초고해상도 차세대 디스플레이용 마이크로 LED, 친환경·경량화 전기차/하이브리드 차량등 대한민국 정부가 선정한 차세대 5대 주력산업 분야에서 공통적으로 내장된 전자부품소자의 고집적·고출력화에 따른 발열 문제 및 소자의 열화 문제 해결 필요성이 증가하고 있음

ㅇ 전자부품소자의 과도한 온도 상승을 방지하고, 전자 부품의 열폭주를 방지해서 정상적 기능을 시키기 위한 방열 방법으로는 자연공냉식, 강제공냉식, 수냉식 방법이 있으며, 전자부품의 고집접에 따라 매우 복잡한 방열시스템이 요구되어지고 있음. 또한, 전자기기에 가해지는 외력으로부터, 탑재된 전자 부품을 보호하는 구조 부재로서의 역할을 담담하고 있음에 따라 방열시스템에 우수한 미세 가공성과 기계적 강도를 요구되어짐

ㅇ 고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재는 반도체 분야의 이종접합 패키징 (예, WLP, SiP, TSV 등) LED package, 전기자동차 배터리용, 5G & 6G 통신기기용, 자동차 및 전장부품용 등 방열 특성이 필요한 핵심 기판소재로 사용함에 따라 금속, 세라믹, 고분자 등 이종물질의 계면 접합력 및 내구성 향상 기술이 요구됨

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 절연 특성과 방열특성은 상반특성으로 동시구현 한계 서로 상반된 두 기능을 저하하지 않으며 복합화 가능한 소재 설계가 요구됨.

ㅇ 후보군 소재 탐색에 요구되는 시간을 줄이기 위해 계산을 통해 최적 소재군을 우선적으로 제시하는 방법론이 필요함

- 기존의 시행착오(trial-and-error) 방식을 지양하고 전자구조계산 등 이론계산을 통해 열전도도와 절연특성의 기저 원리 이해와 상반관계를 통한 소재 설계가 필요함

ㅇ 절연/방열, 고강도/가공성 특성이 동시에 발현되는 소재를 개발하여야 하며, 제품 범용성 확보를 위해 모든 절연/방열특성 및 전자부품의 한계 온도 이상에서의 소재의 안정성이 검증되어야 함.

- 실제 반도체용 방열 융합 소재의 경우 일정한 방열 성능 및 고온에서의 수치 안정성 확보를 위해 에폭시 등의 열경화성 수지를 사용하고 있으나, 열경화성 수지의 경우 가교된 분자 구조로 인해 가공이 불가능 하기 때문에  이를 해결하기 위해 물성/안정성을 확보하면서 요구에 따라 경화 후 미세 가공성 및 가단성을 확보할 수 있는 신개념의 융합소재의 개발이 필요함

ㅇ 열계면소재의 경우 TIM이나 몰딩소재의 개발은 제외하여야 함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술난제	난제 해결여부 판단지표
상반특성인 높은 전기 절연성과 방열 성능을 동시에 구현 가능한 무기물 소재 제조 기술	- 절연 성능 - 방열 성능
가공이 용이하고 높은 기계적 강도 및 수치 안정성을 갖는 소재 공정 기술	- 기계적 물성 - 가공성
금속, 세라믹, 고분자 등 이종물질의 계면 접합력 및 내구성 향상 기술	- 계면접합 성능 - 장기 신뢰성

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 상반되는 절연-방열 특성 그리고 고강도-가공성 특성을 동시에 구현 가능한 고집적 반도체/통신 소자용 첨단 열관리 시스템용 융합소재

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고방열 절연성 융합 소재 개발 - 고열전도성 절연성 융합 소재 구현을 위한 설계 전략 수립 및 실험적 검증 - 높은 열전도도와 전기 절연성 동시 구현 ·열전도도 ≥ 25 W/m·K ·비저항 ≥ 1012 Ω·cm - 고온 영역에서의 전기 절연성 유지 및 내열 충격성 확보 ·절연파괴전압 ≥ 10 kV/mm ㅇ 가공이 용이하고 높은 기계적 강도를 갖는 소재 및 공정 기술 - 상반되는 절연-방열 특성 그리고 고강도-가공성 특성을 동시에 구현 가능한 소재 개념 제시 - 최종 소재의 동작 온도(150℃)에서의 수치 안정성 확보 ·열 팽창계수 ≤ 10 ppm ·크립(creep) 회복율 ≥ 70% - 미세 가공을 위한 최종 소재의 가공성 지표 확보 ·via 직경(um) ≤ 400 ·응력 완화 시간 ≤ 100 s - 최종 소재의 기계적 물성 확보 ·인장 강도 ≥ 1,000 MPa@ 25℃ ·굴곡 강도 ≥ 600 MPa@ 25℃ ㅇ 금속, 세라믹, 고분자 등 이종물질의 계면 접합력 및 내구성 향상 기술 - 복합 재료의 기계적, 열적 신뢰성 확보 - JEDEC 신뢰성 기준 통과 ·TC: JESD22-A104(예시, -50℃ ~ 150℃, 1000 사이클) - 이종물질 계면 접합력 측정방식 및 목표값 자율 제시 ·예시, 계면접합력 ≥ 2 J/m2 (4점 굽힘시험법) ㅇ 고집적 소자용 절연/방열, 고강도/가공성 상반특성 융합소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고방열 절연성 융합 소재 최적화 - 높은 열전도도와 전기 절연성 동시 구현 최적화 ·열전도도 ≥ 50 W/m·K ·비저항 ≥ 1014 Ω·cm - 고온 영역에서의 전기 절연성 유지 및 내열 충격성 고도화 ·절연파괴전압 ≥ 15 kV/mm ㅇ 가공이 용이하고 높은 기계적 강도를 갖는 소재 및 공정 기술 최적화 - 상반되는 절연-방열 특성 그리고 고강도-가공성 특성을 동시에 구현 가능한 소재 최적화 - 최종 소재의 동작 온도(150℃)에서의 수치 안정성 고도화 ·열 팽창계수 ≤ 5 ppm ·크립(creep) 회복율 ≥ 90% - 미세 가공을 위한 최종 소재의 가공성 고도화 ·via 직경(um) ≤ 250 ·응력 완화 시간 ≤ 60 s - 최종 소재의 기계적 물성 확보 ·인장 강도 ≥ 1,500MPa @ 25℃ ·굴곡 강도 ≥ 800 MPa @ 25℃ ·파괴인성 ≥ 7 MPa·m1/2 @ 25℃ ㅇ 금속, 세라믹, 고분자 등 이종물질의 계면 접합력 및 내구성 향상 기술 최적화 - 복합 재료의 기계적, 열적 신뢰성 확보 - JEDEC 신뢰성 기준 통과 ·HAST: JESD22-A110 (Biased HAST) 또는 JESDA118 (Unbiased HAST) (예시, 85℃, 습도 85%, 1000시간) ·TC: JESD22-A104(예시, -50℃ ~ 150℃, 1000 사이클) - 이종물질 계면 접합력 측정방식 및 목표값 자율 제시 ·예시, 계면접합력 ≥ 5 J/m2 (4점 굽힘시험법)

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고집적 반도체/통신 소자용 첨단 열관리 시스템용 융합소재관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출) ㅇ 해당 고집적 반도체/통신 소자용 첨단 열관리 시스템용 융합소재 기술의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고집적 반도체/통신 소자용 첨단 열관리 시스템용 융합소재관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 자율제시된 모든 성능지표를 만족하는 고집적 반도체/통신 소자용 첨단 열관리 시스템용 융합소재 시작품 제작 ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-03

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

신축 디스플레이용 30% 이상 2축 인장 시 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 Backplane 원천 소재 및 공정 기술 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 차세대 휴대용 전자기기, 메타버스, 스마트 시티, 증강현실, 가상현실 등을 위한 미래 디스플레이의 구현을 위해서는 시공간의 제약을 극복하는 스트레처블 디스플레이의 구현이 필수적으로 요구됨

- 공간 및 객체 맞춤형 시장 개척이 가능한 신축성 디스플레이는 디스플레이 분야 중화권의 맹추격에서 초격차 기술로 한국의 디스플레이 산업 재부흥을 위해 필수적인 국가전략기술 디스플레이 분야의 3세대 중점 기술 중 프리폼 기술에 해당하며, 자유곡면 부착형태의 유선형 공간 자동차 디스플레이가 초기 시장으로 성장하여 중장기적으로는 동적 신축 변형이 요구되는 웨어러블 디스플레이, 피부 부착형 디스플레이로 발전할 것으로 기대됨

ㅇ 차세대 모바일 기기, 메타버스, 바이오 분야의 미래 디스플레이 구현을 위해서는 공간의 제약을 극복할 수 있는 프리폼 스트레처블 디스플레이 구현이 필수적임

- 현재의 기술은 경직된 소재와 구조(Rigid Island+Serpentine 타입)를 활용하여 구조적으로 신축성을 구현하는 접근이 주를 이루고 있어, 반복신뢰성, 고변형, 고해상도를 고려할 때 물질 자체적으로 내재적인(intrinsic) 신축성을 가지는 소재를 통해서 디스플레이 소자를 구현하고 관련 공정 기술을 확보하는 것이 요구됨

ㅇ 디스플레이의 내재적 신축성의 구현을 위해서는, 발광소재, 반도체, 전극, 절연체, 기판소재, 봉지재와 같은 디스플레이를 구성하는 다양한 소재의 동시적인 내재적인 신축성의 구현이 필요하며, 또한 반복된 기계적인 변형에도 각 구성 요소들의 물성 변화 및 디스플레이의 성능 변화의 최소화가 필요함

ㅇ 특히, 신축 디스플레이에서 각 픽셀의 전기적 신호를 능동적으로 제어하는 스트레처블 Backplane 구동을 위해서는, 기판 소재와 TFT(thin film transistor) 구성요소들은 물론 배선용 전극의 내재적 고신축성과 전기적 및 열적 안정성을 동시에 확보하는 것이 필수적임. 또한 Backplane의 기판 및 TFT 구성요소와 배선용 전극 간의 우수한 접착력은 신축 디스플레이의 인장 시 구동 안정성 및 신뢰성을 보장하기 위해서 매우 중요함

- [신축성 기판 소재] 스트레처블 Backplane의 핵심 요소인 신축성 기판소재는 고온의 TFT 공정 중 열에 의해 고유 물성의 변형을 막기 위한 우수한 방열성 및 내열성, 그리고 2축 방향의 반복 신축에 대한 고내구성이 요구됨. 또한, 기존 신축 디스플레이의 Backplane 기판으로 사용되는 폴리이미드(polyimide) 소재는 열에 대한 내구성이 우수하지만 신축성이 없는 반면, 신축성이 우수한 엘라스토머(elastomer) 소재는 낮은 열전도도로 인해 방열 특성이 떨어지므로, 우수한 방열 특성 및 내열성 그리고 기계적 신축성을 동시에 갖는 기판 소재 개발이 필요함

- [신축성 TFT 소자용 소재] Backplane용 TFT 소자는 반도체, 절연체, 컨택 전극(소스, 드레인 및 게이트) 및 패시베이션(passivation)층으로 구성됨. 신축성 반도체 소재는 기판 위 TFT 소자의 전기적 특성을 결정하는 주요소재로, 신축 디스플레이의 높은 해상도와 낮은 소비전력 구현을 위해서는 반복 신축 시 소재 내의 구조적 변화로 인한 전하이동도 및 문턱전압 (Vth)의 열화를 방지하여 신뢰성을 확보하는 것이 요구됨. 특히, 신축 디스플레이 구동 시, 기존 TFT 소자용 소재는 탄성이 적어 깨지기 쉬우며, 전하이동도 및 문턱전압 등의 전기적 특성이 열화되므로, 2축 방향으로 30% 인장 시에도 전기적 특성이 유지되는 신축성 TFT 소자 기술이 절실히 필요함

- [신축성 배선용 전극 소재] Backplane 배선용 전극은 신축 디스플레이의 전기적 신호전달 및 TFT 소자들을 연결하는 데 중요한 역할을 함. 전극에 가해지는 기계적 변형은 배선의 전기적 특성 저하 및 단락의 직접적 원인으로 작용할 수 있으며, 반도체 및 기판 등 다른 층 사이의 계면에서 발생하는 응력은 소자 신뢰성을 저해할 수 있음. 따라서 반복적 신축 후에도 소재의 물성이 유지 또는 복원될 수 있도록 하는 소재 기술이 필요하며, TFT 및 기판 등 다른 구성요소와의 우수한 접착력이 요구됨

ㅇ 내재적 신축성을 가지는 전자소재는 국가전략 산업인 디스플레이 산업의 선도적인 기술경쟁력의 확보뿐만 아니라 휴대용, 웨어러블 기기를 포함하여 의료용, 산업용, 교육용 등 다양한 분야의 스트레처블 플랫폼 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대됨

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 본 과제는 신축 디스플레이용 내재적 신축성의 Backplane 개발을 위하여 2축의 반복 연신 하에서도 기계적 안정성을 보유한 내재적 신축성을 가진 TFT소자, 기판소재, 배선용 전극소재, 등의 기술 개발에 있어서 아래의 과제에 대한 극복 기술 제시가 필요함

- 2축 방향 인장 시에도 방열 특성 및 내열성, 그리고 낮은 기계적 변형률을 가지는 내재적 고신축성 기판 소재 기술

- 2축 방향 인장 시에도 내재적인 신축성을 가지며 상용 디스플레이에 적용이 가능한 고성능의 TFT 소자 기술

- 2축 방향 인장 시에도 전기적 특성 변화가 억제되고 기판/TFT와의 접착력을 보장할 수 있는 고전도성 배선전극 소재 기술

ㅇ 미래형 신축 디스플레이의 구현을 위해서는 상이한 기계적/물리화학적 특성의 신축성 전자소재의 이종접합, 적층화 및 집적화가 필요하며, 이의 높은 전기적, 열적, 기계적 신뢰성 확보가 절실히 요구됨. 단기적으로는 단단한 아일랜드와 신축성 전극을 통한 하이브리드 소자의 구현이 필요하나, 궁극적으로는 내재적인 신축성을 가진 Backplane의 구현이 필요하며, 이를 위한 새로운 원천소재 및 소자 구현을 위한 차별화된 전략이 필요함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 웨어러블 디바이스용 신축성 디스플레이

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 높은 방열성과 기계적 신축성을 동시에 갖춘 신축 디스플레이용 기판소재 기술의 부재	기판 방열성 신축성 기판 소재 신뢰성
② 신축 디스플레이의 안정적 구동을 위해 2축 방향 30% 인장 시에도 전기적 특성이 유지되는 내재적 신축성 TFT 기술의 부재 (반도체, 절연체 및 컨택전극 모두 포함)	- 내재적 신축성을 가진 단위 TFT 소자 기술 고신뢰성 신축성 TFT 어레이 기술 및 소재 고해상도 신축성 TFT Backplane
③ 금속 배선 전극 수준의 높은 전기전도도를 가지며 미세 패턴 및 대면적 공정 적합성을 가진 신축성 전극 배선 기술의 부재	신축성 배선 전극의 전기적 특성 신축성 배선 전극의 신축 신뢰성 배선 전극의 패터닝 공정
➃ Backplane 내 기판, TFT, 배선 전극 등 구성요소 간 접합력이 우수하고 접촉 저항이 낮은 소재 개발 기술	소재 간 계면접합 안정성 및 신뢰성

※ 상기 기술 난제 해결을 위한 Backplane 기술들을 이용하여 구현 가능한 디스플레이 종류 및 당위성을 자율 제시하여야 함

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 :  30% 이상 2축 방향 인장 시 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 디스플레이 backplane 소재 및 공정 기술

ㅇ 단계별 목표

- <1단계 목표> : 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 Backplane 구현을 위한 원천 소재 및 소자 기술 개발

- <2단계 목표> : 내재적 신축성을 지닌 스트레처블 Backplane 구현을 위한 고신뢰성 소재 기술 및 미세공정 기술 개발

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 내재적 신축성을 갖는 기판 소재 기술 개발 ·열전도 ≥ 2W/mK (@2축방향 20% 신축 50,000회 반복 후 열전도 변화율 10% 이내) ·복원율 ≥ 80% @2축방향 20% 신축 50,000회 반복 후 ·포아송비 ≤ 0.15 @2축방향 20% 신축 50,000회 반복 후 ㅇ 내재적 신축성을 갖는 TFT Backplane 소재/소자 기술 개발 ·TFT 이동도 변화율 ≤ 20% (10 cm2/Vs 이상) @2축방향 20% 인장 시 ·TFT 이동도 열화율 ≤ 10% (10 cm2/Vs 이상) @2축방향 20% 신축 50,000회 반복 ·TFT 문턱전압(△Vth) 변화 ≤ 2 V @2축방향 20% 인장 시 ·TFT 문턱전압(△Vth) 변화 ≤ 1 V @2축방향 20% 신축 50,000회 반복 ·신축에 따른 절연파괴특성, 컨택전극(소스, 드레인, 게이트), TFT passivation 소재는 연구자 자율 제시 ㅇ 내재적 신축성을 가지는 고신축/고전도도 TFT 배선용 전극 소재 개발 ·배선용 전극의 전도도 ≥ 35,000 S/cm ·전도도 변화율 ≤ 20% @2축방향 20% 인장 시 ·전도도 열화율 ≤ 10% @2축방향 20% 신축 50,000회 반복 후 ·배선용 전극 선폭 ≤ 20μm ㅇ 내재적 신축성을 갖는 Backplane 어레이화 기술 개발 ·2축방향 20% 신축가능 10 × 10 이상 어레이 구현 ·TFT 어레이 성능(이동도 및 문턱전압) 균일도 ≤ 20% ㅇ 내재적 신축성을 갖는 Backplane 소재 기술의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 내재적 신축성을 갖는 기판 소재 기술 고도화 ·열전도 ≥ 3W/mK (@2축방향 30% 신축 100,000회 반복 후 열전도 변화율 10% 이내) ·복원율 ≥ 80% @2축방향 30% 신축 100,000회 반복 후 ·포아송비 ≤ 0.15 @2축방향 30% 신축 100,000회 반복 후 ㅇ 내재적 신축성을 갖는 TFT Backplane 소재/소자 기술 고도화 ·TFT 이동도 변화율 ≤ 10% (10 cm2/Vs 이상) @2축방향 30% 인장 시 ·TFT 이동도 열화율 ≤ 5% (10 cm2/Vs 이상) @2축방향 30% 신축 100,000회 반복 ·TFT 문턱전압(△Vth) 변화 ≤ 1 V @2축방향 30% 인장 시 ·TFT 문턱전압(△Vth) 변화 ≤ 0.5 V @2축방향 30% 신축 100,000회 반복 ·신축에 따른 절연파괴특성, 컨택전극(소스, 드레인, 게이트), TFT passivation 소재는 연구자 자율 제시 ㅇ 내재적 신축성을 가지는 고신축/고전도도 TFT 배선용 전극 소재 최적화 ·배선용 전극의 전도도 ≥ 40,000 S/cm ·전도도 변화율 ≤ 10% @2축방향 30% 인장 시 ·전도도 열화율 ≤ 5% @2축방향 30% 신축 100,000회 반복 후 ·배선용 전극 선폭 ≤ 10μm ㅇ 내재적 신축성을 갖는 Backplane 어레이화 기술 개발 고도화 ·2축방향 30% 신축가능 Backplane 시작품 제작(≥2인치, ≥100ppi) ·TFT 어레이 성능(이동도 및 문턱전압) 균일도 ≤ 10%

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 내재적 신축성을 가지는 Backplane 소재관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 2축 방향에 대한 20% 이상의 내재적 신축성을 가지는 Backplane 소재 요소기술 연구목표 달성을 증빙하는 요소기술 시험성적서 혹은 제3기관 성적서 제시 (단계 평가시 제출) ㅇ 내재적 신축성을 가지는 Backplane 소재의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 내재적 신축성을 가지는 Backplane 소재관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 2축 방향에 대한 30% 이상의 내재적 신축성을 갖는 Backplane 어레이 시작품 (시작품 구동 성능 및 안정성에 대해서는 자율 제시) ㅇ 2축 방향에 대한 30% 이상의 내재적 신축성을 가지는 Backplane 소재 요소기술 연구목표 달성을 증빙하는 요소기술 시험성적서 혹은 제3기관 성적서 제출 (최종평가시 제출)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-04

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

저탄소 건식공정용 고에너지밀도 리튬이차전지 전극소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 리튬 이차전지는 소형 모바일 디바이스에 최초 적용 된 후 발전을 거듭하여 전기자동차(EV) 및 에너지 저장 장치(ESS)등 대형 장치까지 널리 적용되고 있으며, 전기자동차 및 재생에너지 시장이 확대됨에 따라 리튬 이차전지 시작 역시 지속적으로 확장되고 있음

ㅇ 그러나 기존 리튬 이차전지 전극 제조 공정은 NMP등 용매를 사용하는 습식 공정을 기반으로 하고 있으며, 제조법의 특성 상 전극을 후막화 하는데 한계가 있어 전극 에너지 용량을 제한하고 있음. 또한, 습식공정은 슬러리 캐스팅 후, 용매를 증발시키는 공정이 요구되고 특히 NMP등 유해 유기 용매를 사용하는 경우 용매 회수공정 설치에 따라 추가적인 비용 및 탄소 발생이 불가피함

ㅇ 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안으로 유기 용매를 사용하지 않는 건식 전극 제조 기술 개발이 시도되고 있으며, 기술 구현 시, 전지 제조 공정의 에너지 소모량 및 탄소 발생량을 획기적으로 저감하는 동시에, 리튬 이차전지 에너지 밀도의 향상을 통해 이차전지 기술의 초격차 및 시장 지배력 확보가 가능할 것으로 기대됨

ㅇ 현재 건식 전극 제조 기술은 PTFE 바인더를 기반으로 개발되고 있으나, 대면적 후막전극 구현을 위한 소재, 고성능 전극 설계 및 연속 제조 기술의 측면에서 기술적 장벽이 존재하므로 이를 해결하기 위한 기술 개발이 시급함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ NMP를 사용하는 습식 전극 제조 공정을 대체하여 경제성 및 친환경성을 재고하면서도 상용화 적용이 용이한 고용량 양극재를 적용한 후막 전극 및 이를 구현하기 위한 핵심 소재를 개발하고자 하며, 기존 소재를 활용한 제조공정 고도화를 통한 과제 목표 달성은 지양함

- 고에너지 밀도화를 달성하면서도 신속한 산업 적용을 위해 리튬 이차전지 양극재로 사용되고 있는 High-Ni계 층상구조 산화물 활물질(Ni 함량 > 80%)을 적용하는 것을 원칙으로 함

- 건식 전극 구현에 필수적인 바인더에 대한 원천 소재 기술을 확보하기 위해 PTFE 및 PTFE의 개질물과 구별되는 원천성이 있는 바인더 소재의 확보방안을 제시하고 이를 활용한 전극 제조 방법이 제시되어야 함

- 활물질, 바인더, 도전재, 집전체 등을 활용한 건식 전극 설계안이 도출되어야 하며 파우치셀 평가 등을 통해 개발 소재의 상용화 가능성을 검증해야 함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 저탄소 건식공정용 고에너지밀도 리튬 이차전지 전극 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 소량으로도 R2R 공정이 가능한 전극의 기계적 물성을 구현할 수 있는 건식 전극용 바인더 소재	- 전극의 기계적 물성 평가
② 전극 이온/전자 전달경로 확보 및 전극/집전체 계면 구현 기술	- 전극 전기전도도 - 전극/집전체 결착력 - 바인더 소재의 용매 함침성
③ 초고용량 건식 전극 제조 기술	- 전극 면적당 용량(mAh/cm2) - 전극 내 활물질 비율

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 고에너지밀도 후막 전극 제조를 위한 건식 공정용 전극소재 및 전극 개발

ㅇ 단계별 목표

- <1단계 목표> : 건식 전극 제작 공정으로 제작된 후막의 전지 특성 개선을 위하여 소재 및 전극 관점 이해에 기반한 후막 전극 설계

- <2단계 목표> : 전지특성이 획기적으로 개선된 건식 제작 후막 전극 개발 및 전지 적용을 통한 검증

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 건식 전극 제작을 위한 핵심 전극 소재 개발 - 기존 건식 전극용 바인더를 대체할 수 있는 신규 바인더 개발 (신규 대체 바인더 1종 이상 확보, R2R 공정 가능성 제시) - 건식 전극용 맞춤형 기계적 특성이 향상된 양극 소재 개발 - 건식 전극용 고접착성 집전체 혹은 접착층 기술 개발 - 건식 전극용 고분산성 도전재 개발 ㅇ 고용량 고안정성 건식 전극 제작 공정 기반 후막 설계 및 구현 - 후막 전극 적용시 고출력에 대응할 수 있도록, 리튬 이온 및 전자의 흐름이 용이한 후막 전극 설계안 제시 - 도출 소재 적용 후막 전극 개발 및 파우치셀 검증 ·양극 면적 당 용량 : 10 mAh/cm2 이상(@파우치셀, 크기 자율제시) ·양극 밀도 : 3.5 g/cc 이상(@파우치셀, 크기 자율제시) ·풀셀기준 에너지 밀도(Wh/L) 및 비에너지(Wh/kg) 자율제시 ·풀셀기준 출력특성 : 자율제시 (1C 방전용량/0.1C 방전용량) ·풀셀기준 수명특성 : 초기 용량 대비 용량유지율 자율 제시 (100 cycle(0.5C), 200 cycle(0.5C) 자율제시, DOD 100% 활용 조건, 목표 설정의 근거 자율제시) ㅇ 건식 전극 제작 전극용 소재, 공정, 전극 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 건식 전극 제작을 위한 핵심 전극 소재 고도화 - 기존 건식 전극용 바인더를 대체할 수 있는 있는 신규 바인더 고도화 (R2R 공정 가능성 제시) - 건식 전극용 맞춤형 기계적 특성이 향상된 양극 소재 개발 - 건식 전극용 고접착성 집전체 혹은 접착층 기술 고도화 - 건식 전극용 고분산성 도전재 고도화 ㅇ 고용량 고안정성 건식 전극 제작 공정 기반 후막 설계 고도화 - 고용량 고안정성 건식공정을 활용한 후막 전극 설계 및 구현 - 도출 소재 적용 후막 전극 개발 및 파우치셀 검증 ·양극 면적 당 용량 : 12 mAh/cm2 이상(@파우치셀, 크기 자율제시) ·양극 밀도 : 3.6 g/cc 이상(@파우치셀, 크기 자율제시) ·풀셀기준 에너지 밀도(Wh/L) 및 비에너지(Wh/kg) 자율제시 ·풀셀기준 출력특성 : 자율제시 (1C 방전용량/0.1C 방전용량) ·풀셀기준 수명특성 : 초기 용량 대비 용량유지율 자율 제시 (100 cycle(0.5C), 200 cycle(0.5C) 자율제시, DOD 100% 활용 조건, 목표 설정의 근거 자율제시)

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 건식 공정 및 관련 소재, 공정, 전극 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계 평가시 제출) ㅇ 건식 공정 및 관련 소재, 공정, 전극 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 건식 공정 및 관련 소재, 공정, 전극 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 이차전지 파우치셀 시작품 제시

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-05

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

폐전지 직접 재생기술 기반 전기차용 단결정 양극 소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 2020년경 전기차 보급 증대를 통한 이차전지의 공급이 확대 되고 있으며,  리튬 이차전지의 폐전지는 산화코발트, 리튬, 망간, 니켈 등을 1%이상 함유한 “유독물질로 분류”되고, 외부 노출시 “화재 등 위험성이 높은 폐기물”로 인식됨

- 국내 사용후 배터리 발생량은 순수 전기차 EV기준 2030년 60만기가 발생할 것으로 예상되고 이에 따른 친환경 재활용 기술 개발이 필요함.

ㅇ 배터리 시장은 전기차용 배터리를 중심으로 2030년까지 연평균 32%의 고성장이 예상됨. 배터리 시장 확대에 따른 유가금속 소재의 수요 증대가 전망되며, 특히 대한민국은 전량 수입에 의존. 정량적으로 중국 의존도 64%, 칠레 의존도 31%를 나타내고 있음

- 대한민국은 향후 10년간 약 30배의 폐배터리 (2030년 기준 약 7만개의 자동차 폐배터리)가 발생될 것으로 예상되며, 폐배터리 재활용 기술 개발을 통해 유가자원 회수시 2029년 기준 수입 대체 효과 15% 개선 기대됨

ㅇ 국외 규제의 변화 동향

- (미국) 배터리 재활용 인프라에 2,050만 달러 투자 (19~), EV 폐배터리 2차 사용 및 재활용에 6천만 달러 추가 지원 결정 확정 (22.5.3)

- (EU) 자원순환성 향상을 위한 신 순환 경제 실행계획 발표(‘20) 및 24년 7월 이후 탄소발자국 공개 의무화, 26년 1월 이후 배터리 여권* 실시.

*배터리 여권: EU회원권이 강제로 시행하도록 법제화 한 새로운 배터리 규제안으로 배터리 연구원에 기입하는 정보들은 EU가 요구하는 안전사항 및 재활용 물질 활용 목표에 부합해야 함

(필수요구사항: 리튬이온 배터리 회수율은 2031년 기준 80%, 재활용 원료 회수율은 2031년 기준 코발트 16%, 리튬 6%, 니켈 6%, 출처 ‘23년 6월 EU BATTERY 법)

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 폐전지 직접재생을 통한 전기차용 단결정 양극 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 폐전지 내 양극 소재 회수 기술의 부재	- 폐전지 내 양극재 회수율 - 불순물 최소화
② 양극 소재 입자 조성 균일화 기술의 부재	- 단결정 입자크기 분포(D50) - 부족한 리튬 정밀 측정 및 회복, 조성의 균일성 확보
③ 단결정 양극소재의 업사이클링 기술의 부재	- 폐전지 재생을 통한 고용량 달성여부

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 폐전지 직접 재생기술 기반 전기차용 단결정 양극 소재

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고용량 고안정성 양극 활물질 직접재생 기술 개발 - 폐전지 양극재 직접재생을 통해 170 mAh/g (= SOC 100%, 4.3 V cut-off) 이상의 고용량 구현 (C-rate: 0.2C) · 기존 폐전지*의 SoH(State-of-Health) 상태 등 자율제시 * 상용제품에 사용 후 분리된 전지를 기준으로 함 · 양극재 회수율** ≥80% ** 회수율 : 폐전지내 양극재 함량 대비 회수된 양극재 함량 · 최종 양극재 내 금속 불순물 함량 1%미만 - 폐전지 양극재 재생을 통해 100 cycle 동안 90%의 용량 유지(C-rate: 2C) ㅇ 양극재 정밀 분석 기술 개발 및 제시 - 열화에 따른 폐 양극재 내의 불균일한 리튬 조성을 정량화할 수 있는 분석 기술 제시 - 개발된 단입자의 결정립 크기 및 입자 형상을 정량화할 수 있는 분석 기술 제시 및 개발품에 적용 ㅇ 폐전지 직접재생 관련 소재의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고용량 고안정성 양극 활물질 직접재생 기술 최적화 - 폐전지 양극재 재생을 통해 200 mAh/g (= SOC 100%, cut-off 제한없음) 이상의 고용량 구현 (C-rate: 0.2C) · 기존 폐전지*의 SoH(State-of-Health) 상태 등 자율제시 * 상용제품에 사용 후 분리된 전지를 기준으로 함 · 최종 양극재 내 금속 불순물 함량 1%미만 - 폐전지 양극재 재생을 통해 100 cycle 동안 90%의 용량 유지(C-rate: 2C) - 단결정 1차 입자 크기 분포 · D50 ≥ 3 um 이상 ㅇ 폐전지 직접 재생기술을 통해 생산된 전극 및 풀셀 평가 - 500mAh 급 풀셀 제작 및 평가 · 전극 밀도 3.8 g/cc 이상 ㅇ 폐전지 처리 규모 고도화 기술 개발 - 폐전지 직접 재생기술을 통해 생산할 수 있는 양극재 공정 및 재생규모 자율제시 · 양극재 회수율** ≥80%(공정의 스케일업 가능성 자율 제시) ** 회수율 : 폐전지내 양극재 함량 대비 회수된 양극재 함량

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 폐전지 직접재생 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시 (기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계평가시 제출) ㅇ 폐전지 직접재생 관련 소재의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 폐전지 직접재생 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시 (기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 이차전지 파우치셀(500mAh급) 시작품 제작

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-06

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

소듐냉각고속로 피복관용 크리프 및 중성자 조사 저항성 내열소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 탄소중립과 미래 에너지 확보에 기여할 수 있는 방안으로 원자력 발전의 활성화가 대두되고 있는 가운데, 가동원전 대비 안전성, 경제성 및 지속가능성이 향상된 차세대 비경수형 원자로 개발을 추진 중에 있음

ㅇ 다양한 차세대 원자력시스템 중 소듐냉각고속로는 기술 성숙도가 가장 높아 향후 실현 가능성이 가장 큰 노형으로, 러시아에서는 현재 이를 활용한 전력생산이 진행되고 있으며, 미국에서는 2030년경 상용화될 예정임

ㅇ 소듐냉각고속로는 냉각재로 물을 쓰는 상용 가동 경수로와는 달리, 액체 상태의 소듐을 냉각재로 사용하기 때문에 고에너지 중성자에 의한 핵분열 반응을 일으킬 수 있어, 경수로 대비 100 배 이상의 높은 효율로 우라늄 핵연료를 활용할 수 있음. 이러한 소듐냉각고속의 특징으로 인해 저장 및 처분해야 할 사용후 핵연료의 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 이는 국내 원자력산업의 현안인 사용후핵연료 관리에 대한 사회적 우려를 해소하는데 기여할 수 있음

ㅇ 원자력 선진국에서는 다양한 형태의 소듐냉각고속로 개발을 진행해 왔으나 높은 효율로 운전할 수 있는 상용 소듐냉각고속로를 구현하는데는 한계가 있었는데, 이는 소듐냉각고속가 피복관을 비롯한 노심재료에 매우 가혹한 환경 하에서 가동되기 때문임. 즉, 소듐냉각고속로는 설계수명 20년 동안 높은 온도와 고선량의 고에너지 중성자 조사 환경에 놓이게 됨

ㅇ 대략 20년간 핵연료 연소도 20% FIMA(fission per initial metal atom) 조건으로 가동될 경우, 고에너지 중성자 조사에 의한 핵연료 피복관의 조사 손상량은 약 200 dpa정도로서, 이로 인해 조사팽윤이 발생될 수 있음

ㅇ 또한 소듐냉각고속로의 냉각재 출구온도는 약 550℃ 정도로 설계되기 때문에, 핵연료 피복관의 온도는 650℃에 육박하게 됨. 따라서 20년의 장기간 동안 고온에 노출될 뿐만 아니라, 약 50 MPa 정도의 피복관 내압에 의한 복합적인 영향으로 핵연료 피복관의 크리프 변형이 야기될 수 있음

ㅇ 러시아 소듐냉각고속로(BN-600)의 경우 HT-9이라는 페라이트-마르텐사이트

(ferritic-martensitic, FM) 계열의 철강재료를 피복관으로 사용하고 있으며, 미국의 경우도 향후 HT-9을 사용할 예정임. 그러나 HT-9은 620℃, 50 MPa 환경에서 사용 가능한 시간이 약 2년 정도로, 현 소듐냉각 고속로의 설계 개념을 만족시킬 수 없음

ㅇ SS316과 같은 오스테나이트계 내식강의 경우, 크리프 저항성은 HT-9에 비해 높으나, 고에너지 고선량 중성자 조사 환경에서 심각한 조사팽윤 현상을 나타내므로, 소듐냉각고속로용 피복관 재료로 활용되기 어려움

ㅇ 소듐냉각고속로의 상용화와 이를 통한 전력생산 효율성 향상을 위해서는 20년 이상의 설계수명을 만족시킬 수 있는 피복관 소재가 필요함. 현용 HT-9을 사용할 경우, 조사팽윤 저항성은 확보할 수 있을 것으로 예상되나, 고온 환경에서의 크리프에 의한 파단 등의 문제로 인해 피복관을 빈번히 교체해야 하며, 고연소도 장주기 운전이 어려워지는 문제가 있음

ㅇ 따라서 고효율 소듐냉각고속로의 상용화를 위해서는 650℃ 이상의 온도, 50 MPa 이상의 압력 조건 하에서 20년 이상 크리프 저항성을 갖는 금속재료가 필수적으로 개발되어야 함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목 : 소듐냉각고속로 피복관, 화력발전용 배관 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 650 ℃ 이상의 고온에서 크리프 저항성과 중성자 조사 팽윤 저항성을 동시에 만족하는 재료의 부재	- 크리프 시험 온도 - 크리프 파단강도, 파단시간 - 동일 응력에 대한 시험 데이터
② 높은 고온 크리프 강도와 중성자 조사 팽윤 저항성을 동시에 만족하면서도 성형성을 갖는 재료의 부재	- 상온/650℃ 항복강도 - 상온/650℃ 파단 연신율 - 시험방법 : 인장시험 및 충격시험 모두 ASTM 규격
③ 고에너지 고선량 중성자 조사 환경 하에서 신합금이 나타내는 중성자 조사 팽윤 저항성에 대한 이온 조사시험 기반 간접적 입증 (국내 설비를 활용해야 함)	- Fe 이온을 이용한 조사시험 - 조사시험 온도 - 조사손상량

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 650 ℃ 이상의 고온 액체 소듐 냉각재 환경에서 우수한 크리프 저항성과 중성자 조사 팽윤 저항성을 동시에 만족하는 소듐냉각고속로 피복관 소재 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고온 크리프 저항성과 중성자 조사 팽윤 저항성을 동시에 만족하는 합금설계 - 크리프 저항성을 향상시킬 수 있는 미세조직 특성 정의 - 모델 합금조성 설계 및 실험적 평가 · 크리프 시험 온도 : 650℃@ASTM-E139 · 크리프 파단강도 : 100 MPa (파단시간 : ≥ 3,000 h) @ASTM-E139 · 크리프 파단강도 : 100 MPa 초과하는 2 가지 응력조건 (파단시간 :≤ 3,000 h) @ASTM-E139 · 동일 응력에 대한 시험 데이터 : 3 points 이상 (최소 9 points 이상의 데이터를 확보 필수) · 650℃ 단기 크리프 시험을 통한 합금조성 선별 - 인장시험을 통한 강도와 연성 평가 및 이를 활용한 합금조성 선별 · 상온/650℃ 항복강도 :≥ 230/230 MPa@ASTM-E8(RT) / ASTM-E21(650℃) · 상온/650℃ 파단 연신율 : ≥ 15/25 %@ASTM-E8(RT) / ASTM-E21(650℃) ㅇ 가공열처리법을 이용한 크리프 저항성이 우수한 미세조직 구현기술 개발 - 열간가공 및 가공열처리에 따른 미세조직 특성 평가 및 크리프 강도와의 상관관계 연구 ㅇ Fe 이온조사 시험기반 조사팽윤량 측정 방법론 개발 (중성자조사시험 대체) - 소형의 이온조사 시험재를 활용한 조사팽윤량 측정 방법론 개발 · 기존 개발된 조사팽윤량 평가 방법론 분석 · 650℃에서 200 dpa의 조사 손상량을 얻을 수 있는 시험 방안 도출 (국내 이온조사 설비 활용) · 개발된 방법론을 통해 측정된 조사팽윤량과 문헌에 제시된 HT-9 소재의 중성자 조사 팽윤량의 상관관계 도출 ※ 입증 방법 : 개발소재와 상용 HT-9의 동일 조사 환경에서의 비교 시험을 통해 개발소재의 조사팽윤량이 HT-9에 비해 작거나 동일하다는 것을 실험적으로 입증함 - 조사팽윤량 측정 방법론 확립 및 모델합금의 조사팽윤량 평가와 이를 통한 합금조성/공정조건 선별 · 이온 조사시험을 통한 중성자 조사 팽윤량의 측정 방법론을 개발하여 제시 필요 ㅇ 최종 후보합금 선정 - 모델합금과 비교합금 HT-9의 기계적특성, 조사팽윤 특성 및 크리프 특성 평가 및 물성자료 구축 - 최적의 합금조성 및 제조공정 조건 도출 ㅇ 소듐냉각고속로 피복관용 크리프 소재의 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고온 크리프 저항성과 중성자 조사 팽윤 저항성을 동시에 만족하는 합금설계 고도화 - 일반적인 철강업체의 공정을 모사할 수 있는 수준의 대용량 후보합금 제조 · 최소 50 kg급 이상의 실험합금 용해 · 열간단조, 열간압연 및 개발된 가공열처리 적용 판재 제조 - 후보합금의 크리프 특성 평가 · 크리프 시험 온도 : 650℃@ASTM E139 · 크리프 파단강도 : 100 MPa (파단시간 : ≥ 10,000 h) @ASTM E139 · 크리프 파단강도 : 100 MPa 초과하는 3 가지 응력조건 (파단시간 : ≤ 10,000 h) @ASTM E139 · 동일 응력에 대한 시험 데이터 : 3 points 이상 (최소 12 points 이상의 데이터를 확보 필수) · 650℃에서의 크리프 응력 vs 파단시간 선도 구축 - 후보합금의 기계적특성 평가 · 상온/650℃ 항복강도 :≥ 230/230 MPa@ASTM-E8(RT) / ASTM-E21(650℃) · 상온/650℃ 파단 연신율 : ≥ 15/25 %@ASTM-E8(RT) / ASTM-E21(650℃) ㅇ Fe 이온조사 시험기반 조사팽윤량 측정 방법론 고도화 (중성자조사시험 대체) - 소형의 이온조사 시험재를 활용한 조사팽윤량 측정 방법론 검증 및 고도화 · 기존 개발된 조사팽윤량 평가 방법론 분석 · 650℃에서 200 dpa의 조사손상량을 얻을 수 있는 시험 방안 도출 (국내 이온조사 설비 활용) · 개발된 방법론을 통해 측정된 조사팽윤량과 문헌에 제시된 HT-9 소재의 중성자 조사 팽윤량의 상관관계 도출 ※ 입증 방법 : 개발소재와 상용 HT-9의 동일 조사 환경에서의 비교 시험을 통해 개발소재의 조사팽윤량이 HT-9에 비해 작거나 동일하다는 것을 실험적으로 입증함

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출) ㅇ 소듐냉각고속로 피복관용 크리프 소재의 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 고크리프 저항성 피복관 소재의 판재 형태 시작품 제시 (폭 200 mm, 길이 1,000 mm 이상)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-07

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ PEM 수전해 장치 개발의 필요성

- 수전해는 10개 국가필수전략 기술 중 하나인 수소를 생산하는 에너지 저장 시스템으로 발전량 변동성이 심한 재생에너지를 장기간, 대용량 저장함으로써 탄소중립 실현, 에너지 자립도 향상에 기여할 수 있음

- 양이온 교환막 (Proton exchange membrane, PEM) 수전해 장치는 저온 수전해 기술 중 하나로써, 타 저온 수전해 장치에 비해 높은 운전 전류밀도, 컴팩트한 장치 크기, 빠른 응답성 측면에서 장점이 있어 변동성이 심한 재생에너지 전력을 저장하는데 적합함

- PEM 수전해 장치의 핵심 요소 부품으로는 양극 촉매, 음극 촉매, 고분자 분리막, 티타늄 다공성 확산체, 티타늄 분리판 등이 있으며 대부분 귀금속 및 고가의 소재가 활용되어 각각의 요소부품의 부가가치가 높음

- 현재, 대부분의 PEM 수전해 요소 부품 및 원자재는 전량 수입에 의존하고 있으며 국내외 그린수소생산 시장 선점을 위해서는 요소 부품의 국산화가 시급함

ㅇ PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 개발의 필요성

- 고분자 양이온 교환막의 특징으로 인해 PEM 수전해 장치의 구동환경은 강한 산성이므로 대부분의 요소 부품에서 내부식성을 지닌 귀금속 및 티타늄 소재가 주로 사용됨

- 상용 음극 촉매로는 카본 지지체에 담지 된 백금촉매가 사용되며, 상용 양극 촉매로는 이리듐 블랙 촉매가 사용되고 있음. 고가의 촉매재료 사용은 PEM 수전해 장치 가격 상승의 주요 요인 중 하나이며, 저가의 소재로 대체할 필요성이 있음. 특히, 높은 전압이 인가되는 양극 환경에서 내구성을 지니는 지지체의 부재로 인해 이리듐 저감 기술 개발이 더욱 시급함

- 다공성 확산체와 분리판으로는 귀금속이 코팅된 티타늄 소재가 사용되고 있으며, 내부식성 향상을 위한 귀금속 코팅 소재로는 백금, 금, 이리듐이 사용되고 있음. 대표적인 난삭재료인 티타늄 소재와 더불어 내부식성 향상을 위한 귀금속 코팅소재의 저가화 기술 개발이 시급함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 고가 소재 대체 고성능·고내구성 촉매 개발

- 기존 PEM 수전해 양극에서 사용중인 이리듐 혹은 이리듐 산화물 블랙 나노입자 촉매는 실제 반응참여면적이 상당히 낮기 때문에 열악한 촉매활용도의 문제를 야기함

- 또한 이리듐 산화물이 갖는 산소발생반응에 대한 촉매 활성과 고전압 동적 환경에서의 이리듐 이온 용출 등 내구성 문제에 대한 개선이 필요하며, 적합한 소재를 선정하여 이리듐의 활용도를 제고할 필요가 있음

- 이리듐 (산화물) 블랙 촉매를 대체 혹은 개선할 새로운 촉매의 재료 및 형상에 대한 고민이 필요하며, 이를 기반으로 고성능·고내구성·고활용도의 PEM수전해 양극 촉매 개발이 필요함

ㅇ 고가 금속 대체 고내구성 티타늄 소재 개발

- 현재 사용되는 양극 분리판과 확산체 소재인 티타늄과 수백 마이크로미터의 백금 코팅은 스택의 절반 이상의 가격을 차지할 만큼 PEM 수전해 장치가격에 지대한 비중을 차지함

- 두 부품을 저가화할 수 있는 고내부식성·고전기전도성 소재에 대한 개발이 시급하지만, 아직까지 PEM 수전해 구동환경에 적합한 소재에 대한 연구가 국내외에서 체계적으로 진행되어있지 않음

- 수전해 구동환경에서의 확산체와 분리판의 열화 메커니즘에 대한 연구와 기존 귀금속 코팅의 함량 감소 혹은 귀금속 대체 코팅소재에 대한 설계, 티타늄의 사용량 저감 방안에 대한 연구가 필요함

ㅇ 고성능·고내구성 저가형 막-전극 접합체 개발

- 수전해 시스템의 특성상 우수한 소재·부품를 효율적으로 활용할 수 있는 막-전극 접합체에 대한 개발이 요구되며, 이는 각 소재·부품의 구조설계와 계면연구를 필요로 함

- 우수한 촉매 소재를 높은 성능의 수전해로 실현시키는 것은 촉매층 내 이중상 물질전달성이 높은 구조체를 형성시켰을 때, 그리고 확산체와의 구조적 상호보완성이 우수하여 촉매활용도가 높을 때 가능함

- 때문에 소재들을 적합한 구조와 계면 특성을 가진 단위셀 수준으로 제조하여 수전해의 성능과 내구성을 관찰하여 추후 대용량의 스택에 대응가능성을 확인할 필요가 있음

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표 (예시*)
① PEM 수전해 귀금속 저감형 촉매 기술의 부재	반응활성 내구성 (산성·고전압 분위기 안정성)
② 산성·고전압 환경에서 우수한 성능과 내구성을 갖는 확산체/분리판 저가 소재 부재	내부식성 전기전도도
③ 높은 촉매활용도의 저가형 막-전극 접합체 (MEA) 제조 기술 부재	- 전류밀도(A/cm2) - 열화도(mV/h)[시간당 과전압 상승률] - 유효면적 (㎠) - 전극의 이리듐 사용량 (mgIr/cm2) - 단위전지 전체의 귀금속 사용량 (mg귀금속/cm2)

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 고가 귀금속 소재가 대체된 고성능·고내구성 PEM 수전해 핵심 소재 기술 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고가 소재 대체 고성능·고내구성 촉매 개발 - 고성능·고내구성 촉매(양극, 음극) 설계 및 제조기술 개발 · 예시, 양극 과전압 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 300 · 예시, 음극 과전압 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 100 - 귀금속 저가형 촉매의 활성 메커니즘 및 소재의 내구성 저하관련 메커니즘 규명 - 고성능·고내구성 귀금속 저감형 양극, 음극 촉매 내구성 평가 기술 개발 · 예시, 100시간 정전류 운전에 따른 전압 상승률 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 10 ㅇ 고가 금속 대체 고내구성 티타늄 확산체 및 분리판 소재 개발 - 귀금속 저감형 티타늄 코팅 소재 설계 및 코팅 기술 개발 · 예시, 계면 접촉 저항 (mΩcm2 @ 200 N/cm2) ≤ 100 · 예시, 고주파저항 상승률 (mΩcm2 @ 1A/cm2) ≤ 200 - 귀금속 저감형 코팅소재 적용에 따른 티타늄 소재 부식 현상 규명 ㅇ 고성능·고내구성 저가형 막-전극 접합체 개발 - 막전극 접합체 설계 및 제조 기술 개발 · 전극의 이리듐 사용량 (mgIr/cm2) ≤ 0.5 - 고가 금속 대체 구성요소(촉매(양극,음극), 확산체, 분리판) 계면 열화현상 규명 · 예시, 재생에너지 변동성 모사가 가능한 적정한 열화가속 프로토콜을 적용하여 장시간 측정 후 열화율 계산, 측정시간/열화가속 방식 연구자 자율 제시 - PEM 수전해 단위셀 성능 및 내구성 평가 기술 개발 · 유효면적 (cm2) ≥ 9 · 촉매, 확산체, 분리판의 총 귀금속 사용량 (mg귀금속 /cm2) ≤ 1.5 §귀금속의 정의 : Pt, Pd, Ru, Rh, Ir, Au 총량 기준 · 최대 운전 전류밀도(A/cm2 @ 1.9 V, 80 oC) ≥ 2.0 · PEM 수전해 시스템의 열화율(mV/h @ 500mA/cm2) ≤ 0.07 §최소 100시간 이상 평가 ·수소발생효율(저위발열량 기준, kWh/kg) ≤ 52 ㅇ PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고가 소재 대체 고성능·고내구성 촉매 개발 최적화 - 고성능·고내구성 귀금속 저감형 양극, 음극 촉매 성능 확보 · 예시, 양극 과전압 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 270 · 예시, 음극 과전압 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 50 - 고성능·고내구성 귀금속 저감형 양극, 음극 촉매 내구성 향상 기술 개발 · 예시, 100시간 정전류 운전에 따른 전압 상승률 (mV @ 50mA/cm2) ≤ 5 ㅇ 고가 금속 대체 고내구성 티타늄 확산체 및 분리판 소재 최적화 - 귀금속 저감형 티타늄 코팅 소재 성능 및 내구성 확보기술 개발 · 예시, 코팅 면적 (cm2) ≥ 100 · 예시, 계면 접촉 저항 (mΩcm2 @ 200 N/cm2) ≤ 50 · 예시, 고주파저항 상승률 (mΩcm2 @ 1A/cm2) ≤100 ㅇ 고성능·고내구성 막-전극 접합체 최적화 - 막전극 접합체 설계 및 제조 공정 기술 최적화 ·전극의 이리듐 사용량 (mgIr/cm2) ≤ 0.4 - 고가 금속 대체 구성요소(촉매(양극,음극), 확산체, 분리판) 계면 열화현상 고도화 ·예시, 재생에너지 변동성 모사가 가능한 적정한 열화가속 프로토콜을 적용하여 장시간 측정 후 열화율 계산, 측정시간/열화가속 방식 연구자 자율 제시 - PEM 수전해 단위셀 성능 및 내구성 확보 기술 최적화 ·유효면적 (cm2) ≥ 25 ·촉매, 확산체, 분리판의 총 귀금속 사용량 (mg귀금속 /cm2) ≤ 1.0 §귀금속의 정의 : Pt, Pd, Ru, Rh, Ir, Au 총량 기준 ·최대 운전 전류밀도(A/cm2 @ 1.9 V, 80 oC) ≥ 3.0 ·PEM 수전해 시스템의 열화율(mV/h @ 500mA/cm2) ≤ 0.05 §최소 100시간 이상 평가 ·수소발생효율(저위발열량 기준, kWh/kg) ≤ 52 ·상기 성능목표를 동시에 만족하는 PEM 수전해 시작품 제작 및 평가

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계평가) ㅇ 해당 PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 해당 PEM 수전해용 고가 금속 대체 소재 관련 물질특허 2건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 상기 성능목표가 달성된 PEM 수전해 단위셀 시작품 제작

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-08

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

그린수소 생산용 해수활용 음이온교환막 수전해 소재 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 알칼리 해수활용 음이온교환막 수전해 기술 개발의 필요성

- 수전해를 통한 그린수소의 생산은 12대 국가필수전략 기술 중 하나로 기존의 화석연료를 대체하고 CO2를 저감하여 파리기후변화협정에 대응하고 궁극적으로 탄소중립을 실현에 기여할 수 있음

- 또한, 미국의 인플레이션 감축법 2022 (IRA)과 EU의 탄소국경조정제도 등 선진국의 녹색 보호주의가 본격화되면서 RE100을 강조하고 있으므로 국내 산업 보호를 위해 반드시 청정 무탄소 수소를 생산하는 것이 필요함

- 부족한 담수를 활용하는 기존 수전해와 달리 해수 수전해는 해수를 원료로 활용하여 수자원 고갈 문제를 원천적으로 해소하고 그린수소 생산기술의 경제성을 확보할 수 있는 장점이 있음

- 염기성 분위기에서 구동되는 음이온교환막 수전해의 경우 저가의 비귀금속 촉매를 활용할 수 있을 뿐 아니라, 유독한 염소의 발생도 억제할 수 있어 해수직접활용 수전해 시스템에 매우 효과적임

- 이에, 미래의 증가하는 수전해 시스템 수요에 대응하고 자원을 효율적으로 활용하기 위해서는 해수 수전해 맞춤형 음이온교환막 수전해용 촉매/전극/멤브레인/막전극접합체(MEA) 관련 핵심 소재 및 부품화 기술과 성능 평가 기술이 필요함

- 해수 수전해용 핵심 소재의 경우 전 세계적으로 표준 소재가 존재하지 않으며, 선진국과 비교하여 큰 기술격차가 없어 적극적인 지원 및 연구개발을 통한 혁신 소재기술 개발 시 관련 글로벌 기술 선도 및 시장의 선점이 가능함

ㅇ 알칼리 해수활용 음이온교환막 수전해 소재 개발의 필요성

- 해수 맞춤형 비귀금속 촉매, 해수 맞춤형 음이온교환소재 및 MEA 소재는 해수 수전해의 성능 및 내구성을 결정하는 핵심 소재임

- 해수 내 함유된 다양한 불순물 이온종에 의한 수전해 반응 시의 비가역적 반응, 낮은 생산효율과 불용성 착물 생성 억제를 위한 수소/산소 촉매 기술 필요함

- 산화극의 염소발생반응(산소발생에 비해 환원전위는 높으나 과전압을 고려할 때 경쟁 반응임)에 의한 낮은 반응 동역학, 부식, 성능 감소 등을 억제하기 위한 열화 메커니즘 분석을 통한 신규 촉매 및 전극 기술 필요함

- 담수 수전해에서 사용 가능한 소재 대비 염수 환경에서 우수한 성능 및 내구성을 갖는 해수 수전해 맞춤형 음이온교환소재의 개발이 절실함

- 해수 수전해용 MEA와 단위셀 경우 다양한 다가 이온 및 염소이온으로 인해 고도의 내부식성과 내구성이 요구되며 해수 맞춤형 성능 평가 기술과 장기안정 열화 억제 운전 기술 개발이 필요함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 해수 맞춤형 비귀금속 촉매 및 전극화 기술 개발

- 해수 수전해 시스템에서는 그린수소와 산소를 생산하는 수소발생반응과 산소발생반응 외에도 해수 내 다양한 이온들에 의한 부반응이 일어나며, 이러한 부반응들은 수전해 시스템의 효율과 내구성 저하를 초래함

- 특히, 산화극의 산소발생반응과 경쟁하는 대표적 부반응인 염소이온의 산화반응은 산성 또는 염기성 분위기에서 각각 염소가스(Cl2)와 차아염소산 이온(ClO-)을 주로 형성하는데, 이들은 강한 부식성 물질로서 전극의 변형 혹은 음이온교환막의 손상 등을 일으키며 수전해 시스템의 열화를 촉진함

- 염기성 분위기에서 구동되는 음이온교환막 수전해에서는 과전압을 제어함으로써 염소이온의 산화반응을 효율적으로 억제할 수는 있으나, 우수한 수전해 성능과 가격 경쟁력을 달성하기 위해서는 염소이온의 산화반응을 억제하면서도 산소발생반응을 선택적으로 촉진할 수 있는 고활성/고선택성/고내구성 해수 맞춤형 비귀금속 산화극 촉매의 개발이 필수임

ㅇ 해수 맞춤형 음이온교환소재 제조 및 부품화 기술 개발

- 음이온교환소재 수전해는 단위셀에서 촉매, 전극 등과 함께 전체 시스템의 성능 및 내구성을 결정하는 핵심 화학소재임. 특히, 음이온교환막은 이온을 전달하는 고체 전해질로 사용될 뿐 아니라 양쪽 전극 사이에서 생성된 산소와 수소의 혼합을 막아주는 역할을 하므로 전체 시스템의 성능 및 안정성을 결정함. 그러나 음이온교환소재 연구는 경쟁 소재인 양이온교환소재 대비 높은 기술적 난이도로 인해 기술의 확보가 매우 어려운 분야임

- 전 세계적으로 관련 기술을 보유한 다양한 연구 그룹 및 기업에서 신규 소재를 개발하고 빠르게 상용화에 나서고 있으나, 시스템의 상용화에 충분한 성능 및 내구성을 확보한 소재는 전무함. 특히, 더욱 고도화된 성능 및 내구성을 요하는 직접 해수 수전해용 음이온교환막의 경우 담수 수전해용 소재와 비교하여 연구 결과가 미미할 뿐 아니라 연구 수준도 전 세계적으로 초기 단계임

ㅇ 막전극접합체(MEA), 맞춤형 단위셀 제작 및 성능평가 기술 개발

- 시스템의 성능을 결정하는 핵심부품으로서 전극화 공정에 따른 면적당 성능 열화를 저감할 수 있는 촉매층 치밀화 기술, 전극 균일도 향상 기술 및 촉매-교환막 / 촉매-기판 간 계면저항 저감기술 등이 확보되어야 함

- 내구성을 고도화함에 있어 해수 내 다양한 이온 및 차아염소산등에 의한 구성 소재의 손상을 방지할 수 있는 고 내부식성 소재개발 및 내식성 표면처리기술과 더불어 부반응을 야기할 수 있는 해수 내 성분들을 물리화학적으로 흡착 및 분리할 수 있는 소재 개발이 시급함

- 또한, 개발된 MEA의 정확하고 신뢰성있는 특성을 분석하고 성능을 평가하기 위한 해수 맞춤형 단위셀의 설계 및 제작이 중요하며 이를 통해 개발된 소재 및 부품의 실증화 가능성을 확인할 수 있음

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래선도품목: 그린수소 생산 분야의 고안정성 음이온교환막 수전해 스택

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표 (예시*)
① 해수 맞춤형 비귀금속 촉매 및 전극화 기술	촉매 활성 촉매 선택성 촉매 내구성
② 해수 수전해 조건에서 운전 가능한 전해질막 소재 기술 부재	이온 전도도 화학적 안정성
③ 막전극접합체(MEA), 단위셀 제작 및 성능평가 기술 부재	단위셀 성능 수소 발생 효율 단위셀 내구성

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 그린수소 생산을 위한 고성능·고내구성 해수활용 음이온교환막 수전해용 막전극접합체 소재 기술 개발

※ 해수의 정의 : 3wt% NaCl, 0.3wt% 기타해수 함유이온으로 구성된 모의해수(mimic solution)를 의미함

※※ 작동시 1M KOH 용액을 첨가하여 평가를 진행함

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 해수 맞춤형 비귀금속 촉매 및 관련 소재 개발 - 해수 맞춤형 고활성/고선택성/고내구성 신규 비귀금속 산화극 촉매 개발 · 산소발생반응(OER) 과전압 (@ 100 mA/cm2, RT) ≤ 350 mV · 촉매의 산소발생반응(OER) 선택성에 대한 평가 방법은 연구자 자율 제시 (예시, 전류 효율 측정 등) · 산소발생반응(OER) 내구성(@100 mA/cm2, RT) 500 시간 후 전압상승율 ≤ 10% - 촉매 소재의 활성/선택성/내구성 증대 또는 저하 관련 메커니즘 규명 · 염소이온의 선택적 억제/차단 소재 기술 개발 ㅇ 개선된 성능과 내구성을 가지는 해수 맞춤형 음이온교환막 소재 개발 - 향상된 음이온전도성을 가지는 신규 음이온교환소재 구조 설계 및 합성 · 이온전도도 (@1 M KOH seawater, 50℃) ≥ 40 mS/cm - 내부식성과 화학적 안정성이 개선된 음이온교환막 제조 기술 개발 · 화학적 안정성 (@1 M KOH seawater, 50℃) 500 시간 후 이온전도도 감소율 ≤ 10% - 수소 기체 차단성이 향상된 음이온교환막 제조 기술 개발 - 기계적 물성 향상 음이온교환막 제조 기술 개발 - 고품위 음이온교환막 제막 공정 기술 개발 - 음이온교환막의 이온 전달 및 내구성 저하 메커니즘 규명 ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA), 단위셀 제작 및 성능평가 기술 확보 - 개발 소재를 적용한 MEA 설계 및 제작 기술 개발 - 단위셀 설계 및 제작 기술 개발 - 수전해 성능 및 내구성 평가 기술 개발 ·단위셀 전류밀도 (@ 1 M KOH seawater, 1.85 V, 50℃) ≥ 0.6 A/cm2 ·수소발생 효율 ≥ 70% (LHV, SATP) ·단위셀 내구성 (@ 0.6 A/cm2, 50℃) 500 시간 후 전압상승율 ≤ 10% ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA) 소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 해수 맞춤형 비귀금속 촉매 합성 및 전극화 기술 최적화 - 해수 맞춤형 고활성/고선택성/고내구성 신규 비귀금속 산화극 촉매 최적화 · 산소발생반응 과전압 (@ 100 mA/cm2, RT) ≤ 300 mV · 촉매의 산소발생반응 선택성에 대한 평가 방법은 연구자 자율 제시 (예시, 전류 효율 측정 등) · 산소발생반응(OER) 내구성(@100 mA/cm2, RT) 1,000 시간 후 전압상승율 ≤ 10% - 촉매의 전극화 기술 개발/최적화 · 촉매 전극화 기술과 관련한 평가 방법은 연구자 자율 제시 (예시, 전기전도도 등) ㅇ 높은 성능과 내구성의 해수 맞춤형 음이온교환막 제조 기술 고도화 - 향상된 음이온전도성을 가지는 신규 음이온교환소재 구조 최적화 및 합성 · 이온전도도 (@1 M KOH seawater, 50℃) ≥ 60 mS/cm - 내부식성과 화학적 안정성이 개선된 음이온교환막 고도화 · 화학적 안정성 (@1 M KOH seawater, 50℃) 1,000 시간 후 이온전도도 감소율 ≤ 10% - 높은 수소 기체 차단성을 가지는 음이온교환막 제조 기술 최적화 - 우수한 기계적 강도를 가지는 음이온교환막 제조 최적화 - 해수 수전해 운전 환경에서의 음이온교환막의 장기 내구성 정밀 분석 ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA)의 단위셀 성능 최적화 - 막전극 접합체 제조를 위한 소재 조성 최적화 - 막전극 접합체 제조 공정 최적화 - 수전해 단위셀 성능 및 내구성 확보 ·단위셀 전류밀도 (@ 1 M KOH seawater, 1.85 V, 50℃) ≥ 0.8 A/cm2 ·수소발생 효율 ≥ 75% (LHV, SATP) ·단위셀 내구성 (@ 0.8 A/cm2, 50℃) 1,000 시간 후 전압상승율 ≤ 10%

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA) 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계평가) ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA) 소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA) 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 상기 성능목표가 달성된 해수 맞춤형 수전해용 막전극접합체(MEA) 소재를 활용한 단위셀 수전해 시작품 제작

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-09

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

Sub-THz 통신오류 최소화용 다기능 올인원 소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ Sub-THz 주파수 대역에서 성능이 뛰어난 다기능성 소재 개발의 필요성

- 차세대 통신 (6G), 완전자율 자동차 등을 위해 Sub-THz 대역의 고주파수 전파의 사용이 가시화되고 있으며, 고주파수 대역에서 발생하는 소형 전자기기 및 시스템 간의 간섭으로 인해 오작동 및 부품성능 저하 등의 심각한 제품의 문제가 발생될 수 있음

- 현재 통신기기의 AP (Application processor)에서 발생하는 전자파 및 열을 저감하기 위해 금속 쉴드캔이나 점착제가 포함된 다층(흡수체/점착제/차폐제/접착제/방열소재 또는 흡수체/차폐제//방열소재)의 차폐/흡수/방열 소재를 사용하고 있음

·쉴드캔은 슬림화 및 구조적으로 적용의 한계가 있으며, 다층 박막소재는 박막간에 점착제 사용으로 인해 차폐/방열 성능 저하, 두께의 두꺼워짐에 따라 제작공정의 복잡화, 가격 상승, 패키징 및 디자인의 한계를 가지고 있음

·이로인해 1개의 박막층으로 제작된 전자파 차폐/흡수/방열이 동시에 가능한 올인원(All-in-one) 소재의 필요성이 계속 요구되고 있음

- 소형전자기기의 경우, 폴더블, 롤러블 등 플렉서블 전자기기에 수요가 증가하고 있으므로, 이에 대응하는 유연성, 접촉성 등 우수한 기계적 특성도 요구되고 있음. 또한, 다양한 형태의 소형전자기기에 용이하게 적용할 수 있는 중간재 형태의 소재 및 이를 이용한 필름 공정이 필요함

- 기존의 금속 기반 전자파 차폐 소재는 고주파수 대역에서 급격한 차폐 성능 저하로 인해 차세대 통신 (6G 등) 등의 부품 및 시스템에 적용하는 것은 한계가 있으며, 또한 내부에서 발생되는 전자파의 반사로 인해 2차적인 통신 간섭을 야기될 수 있으므로, 흡수체 기반의 고성능 차폐 소재의 개발이 필요함

- 기존 전자파 차폐 소재는 대부분 3 GHz 이하의 주파수 대역에 적용되어 왔으나, 5G 통신이나 6G 통신, 자율주행 자동차의 ADAS 레이더 시스템은 28 GHz부터 100 GHz 대역까지 고주파수 대역을 사용하게 되므로, 이에 대응하는 새로운 소재의 개발이 필요함

- 전자파 흡수에 따른 열 발생 문제 최소화를 위해서는 고성능 방열소재의 개발이 필요함

- 소형 통신기기 내의 부품 집적화와 공간 문제를 고려하였을 때 전자파 차폐와 방열 소재를 별개로 활용했을 때 전자기기 극박화 및 경량화에 어려움이 있으므로, 두 가지 기능에 동시 대응 가능한 다기능 올인원 소재의 개발이 필요함.

- 다양한 소재를 이용한 전자파 차폐 소재의 개발이 진행되고 있으나, 6G 통신 및 자율주행 자동차용 고해상도 ADAS 레이더 시스템의 100 GHz 및 77 GHz 고주파수 대역에 적용되는 전자파 차폐 소재의 개발은 진행되지 않음

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ Sub-THz 대역 전자파 차폐소재 기술

- 기존 3G/4G 대역에서 활용되었던 전자파 차폐 소재의 경우 대부분 금속 및 탄소 기반의 전도성 반사 차폐 소재였으나, 차세대 통신 (6G 및 자율주행 자동차) 시스템에서 사용되는 sub-THz (예: 100 GHz, 77 GHz 등) 주파수에서는 반사 대신 흡수를 통한 전자파의 제거가 절실히 요구됨

- 이를 위해 소재의 전자기 물성 제어를 위한 매커니즘 연구가 필요하며, 전자파의 반사량을 최소화하고 소재 내부로 전자파 입사를 극대화하는 소재 기술이 필요함

- 입사된 전자파를 sub-mm 수준의 두께에서 효과적으로 흡수하기 위한 고성능 전자파 고차폐율 필러 소재의 개발이 필요하며, 전자기 손실 메커니즘의 규명이 필요함

ㅇ 고열전도성 방열소재 기술

- 기존 3G/4G 대역에서는 구리 또는 그라파이트 등의 방열 시트가 활용되고 있으나 높은 전도도로 인해 통신 전자파의 왜곡을 일으키므로, 5G 대역에서는 절연 방열 필름의 수요가 증가하고 있음

- 그러나 이러한 필름의 경우에도 대부분 면내(In-plane) 방향 열전도도에 비해 두께(Out-of-plane) 방향 열전도도가 낮으므로, 열을 Heat Sink까지 효과적으로 전달하기 위한 Thermal Interface Material (TIM)으로의 성능이 부족한 것이 현실이며, 면내/두께 방향으로 모두 우수한 열전도도를 갖는 소재의 개발이 요구됨

- 방열소재는 대부분 고함량의 세라믹 기반의 방열소재를 사용하고 있으며, TIM에 사용되는 고분자 기반의 방열소재는 두 접촉 표면 사이의 열저항 차이로 인해 아직까지 열전도도가 1 W/m·K 수준으로, 두께 방향으로 고열전도도 및 기계적 물성이 확보된 새로운 소재의 개발이 필요함

- 이를 해결하기 위해 신규 방열 필러의 개발, 소재 내부의 열전도 네트워크 제어 기술 개발, 열전도 메커니즘 규명 등이 필요함

ㅇ Sub-THz 대역 다기능 올인원 소재 및 공정 기술

- 소형 통신 기기 내의 부품 집적화와 공간 문제를 고려하였을 때 전자파와 열 문제에 대응하는 소재를 별개로 활용하게 되면, 전자기기의 극박화에 어려움이 발생하므로, 두 가지 기능에 동시 대응 가능한 올인원 소재에 대한 연구 필요성이 증가하고 있음

- 그러나 각각의 문제 해결을 위해 요구되는 소재 물성과 메커니즘이 다르므로, 두 가지 특성을 동시에 달성할 수 있는 신규 필러의 개발, 소재의 하이브리드화, 내부 구조 제어, 다기능 메커니즘 규명 등이 필요함

- 개발된 소재의 최종 어플리케이션에 적용할 수 있는 가능성을 검증하기 위해 소재 개발 과정에서부터 다양한 sub-THz 어플리케이션에서 활용할 수 있는 공정에 대한 고려가 요구됨

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래선도품목: Sub-THz 통신부품용 전자파 차폐/흡수/방열 다기능 올인원 소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① Sub-THz 주파수 대역의 고주파수 대역에서 전자파 차폐 및 흡수가 뛰어난 소재 기술 부재	주파수 대역 자율제시 전자파 차폐율 전자파 흡수율 차폐흡수 대역폭
② 고열전도도 특성을 가지며, 우수한 기계적 물성을 갖는 방열 소재 기술 부재	면내 방향 열전도도 두께 방향 열전도도
③ 고차폐율, 고흡수율, 고열전도도 특성을 동시에 갖는 다기능성 올인원 소재 및 공정 기술 부재	- 차폐, 방열, 흡수 특성을 동시에 만족하는 균일한 최종시작품 제작 및 대면적 공정기술 제시 (예시, 두께, 면적 ≥ 10×10 cm2) (예시, 균일도 등 ) - 최종 시작품 필름의 기계적 물성 자율 제시 (예시, 유연성, 접촉력 등 )

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 :  Sub-THz 통신오류 최소화용 고차폐율·고열전도도·고흡수율 다기능 올인원 소재 기술 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ Sub-THz 주파수 대역의 고주파수 대역에서 전자파 차폐율이 뛰어난 새로운 소재 개발 - 전자파의 간섭을 저감하기 위한 전자파 차폐 소재 개발 · 예시, 전자파 차폐율 60dB 이상 (99.9999 %) - 흡수율이 뛰어난 전자파 노이즈 저감 소재 개발 · 예시, 전자파 흡수율 70% 이상 (두께 ≤ 1 mm) - 광대역 전자파 흡수가 가능한 소재 개발 · 예시, 중심주파수 ≥ ±10% - 흡수체 기반 고차폐율 확보를 위한 전자파 차폐의 메커니즘 규명 ㅇ 열전도도 특성이 뛰어난 새로운 소재 개발 - 칩과의 접촉력이 우수한 기계적 특성을 갖는 소재 개발 · 예시, 면내방향 열전도도 ≥ 7 W/m·K, 두께방향 열전도도 ≥ 3 W/m·K · 예시, 유연성, 접촉력 등 자율 제시 - 고열전도도 달성을 위한 방열 메커니즘 규명 ㅇ 고차폐율·고열전도도·고흡수율 특성을 동시에 갖는 다기능 올인원 소재 개발 - 상기의 전자파 차폐율, 전자파 흡수율, 면내방향 및 두께방향 열전도도를 동시에 구현하는 올인원 소재 개발 - 소재 필름의 두께 : 예시, ≤ 1 mm - 소형 전자기기 및 시스템 적용을 위한 중간재 및 공정 개발 · 예시, 페이스트 및 필름 제작이 가능한 공정(몰딩, 코팅, 필름 등)으로 구현된 시작품 2개 이상 제시 - Sub-THz 대역에서의 적용이 가능한 응용처(시작품) 및 해당 주파수 2개 이상 제시 · 예시, 자율주행 레이더 77GHz, 6G 통신 100GHz
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ Sub-THz 주파수 대역의 고주파수 대역에서 전자파 차폐율이 뛰어난 새로운 소재 최적화 - 전자파의 간섭을 저감하기 위한 전자파 차폐 소재 개발 · 예시, 전자파 차폐율 70dB 이상 (99.99999 %) - 흡수율이 뛰어난 전자파 노이즈 저감 소재 최적화 · 예시, 전자파 흡수율 80% 이상 (두께 ≤ 0.5 mm) - 광대역 전자파 흡수가 가능한 소재 최적화 · 예시, 중심주파수 ≥ ±10% ㅇ 열전도도 특성이 뛰어난 새로운 소재 최적화 - 칩과의 접촉력이 우수한 기계적 특성을 갖는 소재 개발 · 예시, 면내방향 열전도도 ≥ 10 W/m·K, 두께방향 열전도도 ≥ 5 W/m·K · 예시, 유연성, 접촉력 등 자율 제시 ㅇ 고차폐율·고열전도도·고흡수율 특성을 동시에 갖는 다기능 올인원 소재 개발 - 상기의 전자파 차폐율, 전자파 흡수율, 면내방향 및 두께방향 열전도도를 동시에 구현하는 올인원 소재 및 필름 개발 · 예시, 두께 ≤ 0.5 mm, 면적 ≥ 10×10 cm2 - 소형 전자기기 및 시스템 적용을 위한 중간재 개발 · 예시, 페이스트 및 필름 제작이 가능한 공정(몰딩, 코팅, 필름 등)으로 제작된 시작품 3개 이상(주파수 대역별) 제시 - Sub-THz 대역에서의 적용이 가능한 응용처(시작품) 및 해당 주파수 3개 이상 제시 · 예시, 자율주행 레이더 77GHz, 6G 통신 100GHz

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고차폐율·고열전도도·고흡수율 다기능 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출) ㅇ 고차폐율·고열전도도·고흡수율 다기능 소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고차폐율·고열전도도·고흡수율 다기능 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 상기 성능목표가 달성된 다기능 올인원 소재의 중간재 (페이스트 및 필름) 시작품 제시

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-10

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

경-연조직 인터페이스 통합재생용 경사기능소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 세계적인 고령화 추세로 퇴행성 근골격계 질환이 현저하게 증가되고 있으며, 한국의 경우 2026년 65세 이상 총인구 20% 이상에 해당되는 초고령사회가 도래할 것으로 예상되고 있음. 현재 노령인구의 53.9% 이상이 퇴행성 근골격계 질환을 앓고 있으며 7조 4,599억 원/년의 총치료비 부담이 발생되고 있으나 아직 제한적 치료 기술만이 존재함. 초고령사회가 도래함과 더불어 생산가능인구도 급격히 감소하고 있으며, 이로 인해 노동력 저하와 소비여력 감소를 불러 잠재성장률을 떨어뜨릴 수 있음

ㅇ 생산활동에 주요한 영향을 미치는 근골격계 퇴행성 질환은 주로 골, 연골, 인대, 건에 발생되며, 현재 주로 자가 조직 혹은 세포를 이식하여 근골격계 질환/결손의 치료를 진행하고 있음. 자가조직/세포는 인체거부반응이 없고 재생능력이 매우 뛰어난 반면, 채취량에 한계가 존재함. 또한 공여부위에 또다른 결손이 발생하기 때문에, 이로 인한 합병증의 발생 가능성이 있음

ㅇ 대체재로써 골의 경우 다양한 합성골 소재를 이용하거나, 반월상연골은 poly-ɛ- caprolactone acid, 폴리우레탄으로 구성된 소재, 회전근개, 전방십자인대 손상의 경우 탄소섬유, PET 혹은 테플론 등의 소재를 사용하고 있음. 그러나, 이러한 단일소재 혹은 단일 구성의 이식재는 생착시간이 느리고, 주변 조직과 유합이 어려워 조직재생 효율이 낮고, 이식부위의 재파괴가 일어날 수 있음

ㅇ 근골격계 조직은 주로 경조직과 연조직 사이에 경사적인 변화를 가지는 경-연조직 인터페이스를 포함하고 있음. 특히 연골, 인대/건, 반월상연골은 골 조직과 연결되는 경-연조직 인터페이스를 가지며, 각각 경조직에서 연조직으로 변화하는 고유한 생물학적 및 화학적 특성을 갖고 있음

ㅇ 이러한 경-연 조직 인터페이스는 미네랄 함량, 혈관화, 기계적 강도, 세포외기질 구성, 수분함량, 세포/세포외기질의 배향성 등이 골조직에서 연조직으로 변화할 때 연속적으로 변화함을 보임

ㅇ 경-연 조직 인터페이스를 모사하기 위해 경조직과 연조직을 각각 구현하여 결합하거나, 급격한 경사 변화를 갖는 2개 또는 4개의 구성으로 제작하는 연구가 진행되고 있음. 그러나 이러한 단순 구조는 실제 점진적으로 구성이 변화하는 경사기능구조를 가지는 생체구조와 기능의 모사가 불가능하며, 이식 시 낮은 치료효율과 생착실패 및 조직괴사 등의 부작용이 발생할 수 있음

ㅇ 따라서, 미네랄 함량, 세포외기질 구성, 혈관분포, 기계적 강도, 세포 및 세포외기질 배향성 등이 연속적으로 변화하는 경사기능구조를 가진 소재의 개발은 퇴행성 근골격계 질환의 효과적인 재생 치료를 위한 미래 핵심 소재 기술이 될 수 있을 것이라 판단됨

ㅇ 경-연조직 인터페이스 통합재생용 경사기능소재는 근골격계 손상의 첨단 재생의료용 조직공학제재로 활용될 뿐만 아니라, 실제 조직과 유사한 기능 및 물성을 갖추고 있어, 신약 개발을 위한 체외 조직 모델 및 임상용 조직 시뮬레이터로 활용할 수 있을 것으로 예상됨

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 실제 경-연조직의 연속적/입체적 구성의 구배변화*를 모사하는 경-연조직 인터페이스 통합재생용 경사기능소재 개발이 필요함

* 경조직/연조직의 단순 결합 및 2~4개의 단순 구성 변화를 갖는 불연속적인 구간이 연결되어 이루어진 경사기능소재는 배제함

- 경-연조직 경사기능의 통합적인 생체조성 및 생체구조 모사 소재기술이 필요함

- 경-연조직 경사기능 환경 (산소, 영양소, 혈관 등)모사 유도용 소재기술이 필요함

- 경-연조직 인터페이스 내부 미세혈관 생성률의 연속적으로 변화를 통한 생체모방형 미세혈관 유도 및 기능성이 검증 되어야 함

ㅇ 조성, 구조 및 생체환경의 통합적 경사기능 제어를 통한 경-연조직 통합재생 형상제어기술이 필요함

- 기존 기계 가공법과 프린팅 기술 등에 국한하지 않음

- 경사기능 조성은 단순 평면적인 층별 변화가 아니라 3차원적인 입체 구성 변화가 일어나야함. 즉, 조직이 평면적으로 변하는 것이 아닌, 깊이나 부피 등의 입체적인 특성에서 변화가 일어나야 함

ㅇ 위의 항목들 중에 일부 요구사항을 만족하는 소재는 보고되어 있지만, 경-연조직의 통합적인 경사기능 재생 소재를 위해 위 요구사항 모두를 만족하는 새로운 원천기술 개발이 필요함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래선도품목: 첨단재생의료용 조직공학제재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 경-연조직 경사기능 소재조성 (미네랄, 세포외기질 등) 모사 기술 부재	- 경-연조직 인터페이스 영역에 있어 미네랄 성분 조성 연속적 구배 제어 여부 - 경-연조직 인터페이스 영역에 있어 기계적강도 연속적 구배제어 여부
② 경-연조직 경사기능 생체구조 (배향, 기공도 등) 모사 소재기술 부재	- 경-연조직 인터페이스 경사기능적 조직 혹은 세포 배향성 구배 제어 여부 - 경-연조직 인터페이스 영역에 있어 기공도 연속적 구배 제어 여부
③ 경-연조직 경사기능 환경 (산소, 영양소, 혈관 등) 모사 유도용 소재기술 부재	- 경-연조직 인터페이스 부위 내 경사기능적 혈관생성률 구배 제어 여부
④ 경-연조직 통합재생 유도의 기술적 어려움	- 전임상 실험을 통한 경사기능소재의 재생 성능 검증

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 경-연조직 인터페이스 재생을 위한 경사기능소재 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 경-연조직 경사기능 소재조성 모사 기술 개발 - 해면골 기준의 기계적 강도를 갖는 경조직 부분부터 연골 수준의 기계적 강도를 갖는 연조직 부분으로 연속적 경사기능 구성 구현 · 생체 모방 근거에 기반한 경사형 함수 방식 자율제시, (선형, 대수형, 지수/로그를 포함한 비선형 함수형 등) - 경조직으로 부터 연조직으로 변화시 세포 혹은 세포외기질의 배향성 (0→>90。)의 구배가 생체조직을 모사하여 변화 - 경조직 모사 부위에서 기공도(60% → 0%)의 연속적 변화 ㅇ 경-연조직 경사기능 생체구조 모사 소재기술 개발 - 경조직과 연조직의 불연속적 구간 없이 연속적 경사기능 특성(세포종류, 세포배향성, 미네랄, 기공율, 세포외기질 구성 등)을 갖는 구성 소재개발 · 생체 모방 근거에 기반한 경사기능 특성 및 비율 연구자 자율제시 (예시, 미네랄 함량 / 경조직 ≥70wt%, 연조직 0wt%) - 연속적 경사기능 소재의 기계적 물성을 만족하는 소재 개발 · 생체 모방 근거에 기반한 경사기능 부위(경조직/연조직) 자율제시 · 예시, 경조직 모사 부위에서 최대압축강도(예시, 20MPa 이상)와 연조직 모사 부위에서 최대압축강도(예시, 1MPa 이상)를 만족하고, 해당 수치가 연속적으로 변화 - 상기 기계적 물성에 부합하는 세포외기질구성 소재 개발 · 예시, 세포외기질구성(콜라겐, 히알루론산, 아그레칸, 글루코사미노글리칸 등) 변화율 자율제시 ㅇ 경-연조직 인터페이스 부위 내 경사기능적 혈관 생성 기술 개발 - 경-연조직 인터페이스 부위 내 경사기능적 혈관생성률 구배 제어 정도를 자율 제시 ㅇ 경-연조직 통합재생 형상제어기술 개발 - 골-연골, 골-인대, 치아-인대 등 2가지 이상 모델 제시 ㅇ 소/중동물로 질환모델 2개 이상 구축 후 안정성 및 유효성 평가 자율 제시 - 인체 유래 경-연조직 분석을 통하여 구축한 동물모델과 유사성 데이터 제시포함 - 제시된 압축강도 이외의 다른 기계적 물성 (인장강도, 전단응력, 점탄성 특성 등)에 대한 유사성/유효성 평가 제시 ㅇ 경-연조직 인터페이스 재생소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 경-연조직 경사기능 생체구조 모사 소재기술 최적화 - 경조직과 연조직의 불연속적 구간 없이 연속적 경사기능 특성(세포종류, 세포배향성, 미네랄, 기공율, 세포외기질 구성 등)을 갖는 구성 소재개발 · 생체 모방 근거에 기반한 경사기능 특성 및 비율 연구자 자율제시 - 연속적 경사기능 소재의 기계적 물성을 만족하는 소재 개발 · 생체 모방 근거에 기반한 경사기능 부위(경조직/연조직) 자율제시 - 상기 기계적 물성에 부합하는 세포외기질구성 소재 개발 ㅇ 경-연조직 인터페이스 부위 내 경사기능적 혈관 생성 기술 고도화 - 경-연조직 인터페이스 부위 내 경사기능적 혈관생성률 구배 제어 정도를 자율 제시 ㅇ 경-연조직 통합재생 형상제어기술 고도화 - 골-연골, 골-인대, 치아-인대 등 1가지 이상 최적화된 모델 제시 ㅇ 개발된 소재의 재생성능 검증 - 중동물 이상 전임상 실험을 통한 경사기능소재의 재생 성능 평가 - 동물실험에서 재생된 조직의 생체 모사 정도 성능 평가 - 동물실험에서 재생된 조직의 질병 호전 정도 결과 제시 - 개발된 소재의 생물학적 안전성 평가

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 경-연조직 인터페이스 재생소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 경-연조직 인터페이스 재생소재 관련 특허 포트폴리오 구축 ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출)
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 경-연조직 인터페이스 재생소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 상기 성능목표가 달성된 수요기업평가서 혹은 기술 이전 1건 이상

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-11

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

우주 발사체용 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 우주･항공분야 발사체의 연소기, 예연소기, 가스 덕트, 연료 인젝터 등 부품은 냉각을 위한 내부 유로 구현을 위해 복잡한 내부 구조를 가지기 때문에, 기존의 주조, 단조, 가공, 용접 등 복잡한 단계를 거치는 전통적 제조 방법 외에 한 번에 최종 제품을 생산할 수 있는 저가의 새로운 공정이 개발될 필요가 있음

ㅇ 한편 최근 발사체의 대형화를 위해 다단연소 싸이클을 활용하는 터보펌프 방식이 널리 사용되는 추세인데, 이때 예연소기는 고온·고압의 산화제 과잉 환경에서 사용되기 때문에, 급속한 산화에 의한 발화 및 손실을 피할 수 있는 저발화성 소재 개발이 필수적임

ㅇ 복잡한 구조를 one-step으로 제조할 수 있는 분말공정 내열소재는 일부 단련용 초내열합금에 한정되어 있으며, 주조, 단조 등 전통적인 제조 방법으로 만들어진 소재 대비 낮은 크리프 연성, 파괴 인성 및 이방성 등의 문제로 적용 범위가 제한되고 있음

ㅇ 따라서 발사체의 복잡한 구조를 one-step 성형기술로 구현할 수 있으면서도 동시에 저발화성, 고인성, 신뢰성을 확보할 수 있는 소재 요소 기술 개발이 필요함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 저발화성, 고인성, 신뢰성을 동시에 확보할 수 있는 합금설계 기술 및 복잡한 부품 형상을 one-step 성형할 수 있는 공정 기술에 대한 정량 및 정성 목표가 구체적으로 제시되어야 함

- (저발화성, 고인성, 신뢰성) 발화 및 크리프 특성

- (one-step 성형 기술) 분말 흐름도, 조형체 밀도, crack-free 특성

ㅇ 상기 목표를 달성하기 위한 난제를 정의하고, 이를 구현할 수 있는 구체적인 기술이 제시되어야 함
- 발화 및 크리프 수명 개선을 위한 소재 및 공정 기술

(예: 고온 강화상 생성 기술, 고밀도화 기술 등)
- One-step 성형시 Micro-Crack을 최소한으로 제어 가능한 균열제어 기술
(예: 균열 제어를 위한 합금 설계 기술,  잔류응력 예측 및 해소 기술 등)

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래선도품목: 우주 발사체용 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 고온 고압 산화제 과잉 환경에서 금속의 급격한 산화로 인한 발화 방지 소재의 부재	- 발화온도
② 적층제조 소재의 낮은 연성 및 인성 극복 기술의 부재	- 크리프 연성
③ 고융점 금속소재의 무결함 및 고신뢰 적층제조기술의 부재	- 조형체 밀도 - 분말 흐름도

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 우주 발사체용 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고온,고압 산화제 과잉환경용 저발화성 내열소재 설계 - 저발화성 및 고온특성 확보를 위한 합금설계 기술 - 개발된 내열소재 조성-물성 데이터 확보 · 예시, 크리프 연성 : 5% 이상(@649℃, @648MPa) · 예시, 발화온도 : 기존 소재 대비 동등수준 (산소/연료 혼합비 53) ㅇ 저발화성 고인성 내열금속소재 제조공정 기초 기술 - 적층제조를 위한 내열금속소재 분말 제조 기술 개발 - 개발소재 물성 구현을 위한 적층제조 공정 기술 개발 - 개발소재 공정-미세구조-특성 데이터 확보 · 예시, 분말 흐름도: 1000 g/sec 이상, 조형체 밀도: 98% 이상
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고온,고압 산화제 과잉환경용 저발화성 내열소재 설계 기술 고도화 - 저발화성 및 고온특성 확보를 위한 합금설계 기술 최적화 - 미세조직 인자 제어를 통한 물성 극대화 · 예시, 크리프 연성 : 7% 이상 (@649℃, @648MPa) · 발화온도 : 기존 소재 대비 동등수준 이상 (산소/연료 혼합비 53) ㅇ 저발화성 고인성 내열금속소재 제조공정 최적화 - 개발소재 물성 구현을 위한 무결함 적층제조공정 기술 최적화 - 고인성, 고접합성 확보를 위한 후처리 기술 개발 및 최적화 · 예시, 조형체 밀도: 99.5% 이상

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 관련 물질특허 2건 이상 출원(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계평가) ㅇ 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 저발화성･고인성･고신뢰성 적층제조 내열소재 관련 물질특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (최종년도)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-12

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

우주･항공용 초경량･고강도 동시구현 복합소재

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 최근 드론 및 UAM (Urban Air Mobility) 혹은 PAV (Personal Air Vehicle)라 불리는 차세대 비행 모빌리티가 급격히 발전하고 있음. 비행 모빌리티는 지상 모빌리티와는 달리 경량소재 도입에 따른 경제적 효과가 매우 커서 섬유 강화 복합소재가 더욱 적극적으로 활용되고 있음. 예를 들어 최근 제조되는 항공기는 전체 질량의 50%가량이 섬유 강화 복합소재로 이루어짐. 비행 모빌리티 산업의 발달로 인해 경량 소재에 대한 수요가 꾸준히 증가할 것으로 예상됨

- 위성 및 UAM, 드론, 항공기 등의 비행 모빌리티의 동체, 하우징, 날개, 프로펠러, 연료탱크 등에 더 높은 수준의 경량화가 요구되는 상황에서, 기존의 탄소섬유 복합소재보다 더 가볍고 강도가 높은 소재가 개발되면 활용 가치가 매우 클 것으로 기대됨

ㅇ 우주 및 위성 시대가 본격적으로 열림에 따라 우주 분야에서도 경량 소재의 필요성이 증가하고 있음. 우주선과 같이 발사 비용이 많이 소요되는 모빌리티는 동체의 질량 감소에 의한 경제적 효과가 매우 큰 것으로 알려져 있으며, 발사체에 적용될 경우 kg당 $10,000 이상의 비용 절감 효과가 있는 것으로 알려져 있음

ㅇ 차세대 신섬유 및 복합소재는 전략물자로 분류될 가능성이 크기 때문에 기술의 국산화 및 자립화가 매우 중요함. 대표적 경량소재인 탄소섬유가 수출제한 품목으로 지정되어 우주･항공･국방 분야에 활용이 어려워진 사례를 보더라도, 향후 첨단 신섬유 및 복합소재의 해외 의존도를 낮추기 위한 기술 자립화는 필수적임

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 우주･항공 분야에 적용하기 위한 초경량･고강도를 갖는 신소재를 개발할 필요성이 있음. 이를 달성하기 위해 본 기획에서 아래 표와 같은 4가지 기술 난제를 제시함

ㅇ 섬유 강화 복합재의 물성의 핵심은 섬유 소재에 있음. 따라서 초경량 고강도 신소재를 생산하는 기술이 선행되어야 함. 일반적으로 소재의 강도는 밀도와 비례하는 경향성이 있음. 가벼운 탄소원자로만 구성된 탄소섬유보다 더 낮은 밀도를 가지면서 높은 강도를 구현하는 것은 매우 어려운 기술임. 현재 보고된 최고 비강도가 5.5 N/tex 수준인데 이 정도의 비강도의 섬유를 복합소재를 제작할 만큼 대량으로 생산하는 것은 매우 도전적인 목표임 (ACS Appl. Mater. Interfaces (2020) 12, 13107)

ㅇ 우수한 섬유 강화 복합소재를 제작하기 위해서는 섬유-수지 간 계면 결합력을 확보하는 것이 중요함. 섬유-수지 간 계면 결합력을 향상시키기 위한 섬유의 표면 처리 기술을 개발해야 함. 탄소 소재는 대체로 화학적으로 반응성이 낮아 섬유의 표면을 효과적으로 처리할 수 있는 기술을 개발해야 함. 이때 과도한 화학 처리로 인해 섬유 고유의 물성을 저하시키지 않도록 해야 함

ㅇ 개발한 신섬유를 이용해 복합 소재를 제조하기 위해 신섬유 맞춤형 수지 함침 및 복합소재 성형 기술을 개발해야 함. 연구개발 단계에서 얻을 수 있는 신섬유의 양은 제한이 있으므로 복합소재 성형 기술을 개발하는데 어려움이 예상됨. 이에 대한 전략 제시가 필요함

ㅇ 우주·항공 환경에서 구동 가능하기 위해 기능성을 부여할 필요가 있음 (예: 중성자 차폐, 내열 등). 기능성 입자를 수지에 분산시키는 과정에서 복합소재의 물성을 떨어뜨리지 않으면서, 기능성을 구현해낼 수 있는 기술에 대한 전략이 요구됨.

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래선도품목: 우주·항공 부품용 초경량 고강도 동시구현 복합소재

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 초경량 고강도 신섬유 소재 생산 기술	- 섬유 밀도 - 섬유 비강도 - 섬유 비강성
② 섬유-수지 간 계면 결합력 향상을 위한 신섬유 표면처리 기술	- 층간전단강도 (Interlaminar shear strength (ILSS)@RT)
③ 초경량 복합소재 제조를 위한 신섬유 맞춤형 수지 함침 및 복합소재 성형 기술	- 복합소재 밀도 - 복합소재 강도 - 복합소재 강성
④ 복합소재에 우주·항공 환경에서의 기능성을 부여하는 기술	- 우주·항공 환경 기능성 및 수치 자율 제시

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 우주·항공용 초경량·고강도 동시구현 복합소재 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ T1100급 비강도를 가지는 초경량 섬유 개발 - 초경량 고강도 신섬유 소재 생산 기술 확보 ·섬유 밀도 ≤ 1.2 g/cm3 ·섬유 비강도 @RT ≥ 5.0 N/tex, ASTM D3822 ·섬유 비강성 @RT ≥ 300 N/tex, ASTM D3822 ㅇ 초경량 섬유의 계면 결합력 강화를 위한 표면처리법 개발 - 맞춤형 표면 작용기 후보군 도출 - 신섬유-수지 간 계면겹합력 강화를 위한 표면처리법 개발 ·Interlaminar shear strength (ILSS) @RT, 자율제시 ASTM D2344 ㅇ 대면적 복합소재 성형 공정 기술 개발 - Single filament 복합체 제조 및 평가를 통한 기초 물성 확보 - 복합소재 성형 공정 인자간 상관 관계 도출 ·복합소재 밀도 ≤ 1.2 g/cm3 ·복합소재 강도 @RT ≥ 2.4 GPa, ASTM D3039 ·복합소재 강성 @RT ≥ 240 GPa, ASTM D3039 (복합소재 공극분율, 섬유 배향도 자율제시) ㅇ 복합소재의 우주·항공용 기능성 제시 및 기능성 필러 분산화 기술 개발 - 우주항공용(내삭마특성, 중성자차폐, 내열성 등) 기능성 제시 및 필러 후보군 확보 - 기능성 필러의 분산화 기술 제시 ㅇ 초경량·고강도 동시구현 복합소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ T1100급 비강도를 가지는 초경량 섬유 공정 최적화 ·섬유 밀도 ≤ 1.2 g/cm3 ·섬유 비강도 @RT ≥ 5.5 N/tex, ASTM D3822 ·섬유 비강성 @RT ≥ 350 N/tex, ASTM D3822 ㅇ 초경량 섬유의 계면 결합력 강화를 위한 표면처리법 고도화 - 맞춤형 표면 작용기 도입 - 신섬유-수지 간 계면겹합력 강화를 위한 표면처리법 개발 ·Interlaminar shear strength (ILSS) @RT, 자율제시 ASTM D2344 ㅇ 대면적 복합소재 성형 공정 기술 최적화 - 신섬유 맞춤형 수지 함침 기술 확보 - 신섬유 맞춤형 복합소재 성형 기술 확보 - 소재-공정-물성 상관관계 규명 및 소재/공정 최적화 ·복합소재 밀도 ≤ 1.2 g/cm3 ·복합소재 강도 @RT ≥ 3.0 GPa, ASTM D3039 ·복합소재 강성 @RT ≥ 300 GPa, ASTM D3039 (복합소재 공극분율, 섬유 배향도 자율제시) ㅇ 우주·항공용 초경량 고강도 기능성 복합소재의 적용성 검증 - 우주항공용 초경량 고강도 기능성 복합소재의 제작 및 검증 ·자유롭게 타당한 기능 및 목표치 제시

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 초경량·고강도 동시구현 복합소재 관련 특허 2건 이상 출원(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출) ㅇ 초경량·고강도 동시구현 복합소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	(1) 밀도, 비강성, 비강도를 동시에 만족하는 섬유 시작품 제시 및 공인시험성적서 제출(시편크기 자율제시) (2) 밀도, 강성, 강도를 동시에 만족하는 복합소재 시작품 제시 및 공인시험성적서 제출(시편크기 자율제시) ㅇ JCR 10% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 우주항공용 초경량·고강도 동시구현 복합소재 관련 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-13

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

소프트 로봇용 고성능 고내구성 인공근육 소재 개발

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 근육형 구동기라고도 알려진 인공 근육은 자연 근육을 모방한 재료 또는 장치로, 외부 자극(예: 전압, 전류, 압력 또는 온도)으로 인해 하나의 구성 요소 내에서 강성을 변경하고 가역적으로 수축, 확장 또는 회전할 수 있음. 기존의 모터나 공압과 같은 견고한 구조의 구동기에 비해 높은 유연성, 다용도성 및 중량 대비 출력 비율로 인해 인공 근육은 매우 파괴적인 신기술이 될 가능성이 있음.  현재는 매우 제한적으로 사용되지만 이 기술은 미래에 산업, 의학, 로봇 공학 및 기타 여러 분야에서 폭넓게 응용될 수 있음

ㅇ 자연계의 근골격 구조와 인간 근육과 유사한 형태의 인공근육을 기반으로 한 소프트 로봇을 개발할 경우, 기존 로봇에 대비하여 보다 안전하고 다양한 작업이 가능한 새로운 형태의 로봇 실현이 가능할 것으로 기대됨. 예를 들어, 인간의 근육을 대신하는 생체적합형 인공근육 및 이를 이용한 바이오닉 웨어러블 로봇, 인공근육을 이용한 곤충로봇/동물로봇 등의 생체모사 로봇, 유연성을 갖고 안전성을 보장하는 작업자와 공동작업이 가능한 산업용 로봇/의료용 로봇의 개발에 활용 가능함

ㅇ 다양한 로봇용 인공근육에 활용하기 위한 다수의 소프트 구동기 관련 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 실제 로봇의 인공근육에 활용하기에는 출력, 변위, 응답속도, 형상, 공정방법, 내구성 등이 매우 제한적이며 이로 인해 그 응용범위 역시 매우 제한적임

ㅇ 따라서, 인공근육을 이용한 소프트 로봇의 개발을 위해서는 인간 근육처럼 유연성과 인간 근육과 유사한 고출력, 고변위, 고응답 등의 구동 성능을 가지면서, 반복 구동성능과 손상복원 (자가치유) 의 고내구성을 가지며 안정적으로 작동할 수 있는 인공 근육 소재의 개발이 필요함

ㅇ 고성능 고내구성 인공근육 소재 기술은 소프트 로봇 개발을 위한 핵심 미래기술로 이를 통해 다양한 형태의 소프트 로봇 개발 및 상용화에 기여할 것으로 판단되며, 관련 시장의 패러다임을 바꿀 수 있는 혁신적인 시도가 될 것으로 예상됨

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 소프트 로봇 개발을 위한 인공근육 소재의 성능 향상과 내구성 확보를 위한 신소재 기술 제시가 필요함

- 고출력, 고변위, 고속응답이 가능한 고성능의 구동 특성을 가지면서 반복 구동에 의한 성능 저하가 발생하지 않고 인체와 같이 파손이 발생해도 자가치유가 가능한 고내구성을 가지는 소프트 로봇용 인공근육 개발을 목표로 함

ㅇ 개발되는 소재는 실질적으로 소프트 로봇에 적용을 목표하고 있으므로 연구단에서 제안한 응용 목적에 맞는 소프트 로봇 프로토타입을 개발하여 제시한 구동 성능 및 내구성을 명확히 검증해야 함

- 제시된 고성능 구동성능과 고내구성(자가치유 포함) 지표를 하나의 인공근육 소재로 동시에 달성해야 하며, 로봇의 구조나 설계 접근이 아닌 새로운 인공근육 소재 개발을 통해 목표성능을 달성하고 입증해야 함

ㅇ 인간의 근육과 유사한 고성능 (고출력, 고변위, 고속응답)의 인공근육 소재 개발

- 인공근육 개발에서 중요한 성능지표인 출력은 최소 사람의 근육을 대체할 수 있는 100W/kg 이상을 발생시킬 수 있어야 하며 동시에 30% 이상의 변위를 확보해야 함

- 다양한 환경에서 로봇이 반복적인 작업을 수행하기 위해서는 높은 반응 속도를 가지는 것이 필수적임. 사람의 근육이 1초당 7회 반복 작업을 수행할 때의 속도인 80ms 이내의 응답시간을 가지는 소재 기술을 목표함

- 인공근육의 성능지표인 출력과 변위 및 응답시간의 경우 Trade-off 관계를 가질 수 있으므로 제시한 성능을 동시에 만족시키는 소재 기술을 제시해야 함

ㅇ 반복구동 성능과 손상복원 기능을 가지는 고내구성 인공근육 소재 개발

- 인공근육이 다양한 로봇에 실질적으로 적용되기 위해서는 특정 수준 이상의 성능을 유지하면서 동시에 반복적인 구동에도 성능을 유지할 수 있는 내구성이 확보되어야 함. 따라서 적용하고자 하는 로봇의 환경에 맞는 수준의 성능과 반복구동 횟수를 제시할 수 있어야 함

- 사람의 근육이 손상 후 스스로 회복되는 것처럼, 인공근육이 지속적인 반복 구동에 따른 손상 발생 시 (손상에 대한 정의는 적용하고자 하는 소프트 로봇 환경을 고려하여 정의) 다양한 자극(열, 전기, 화학반응 등)을 통해 스스로 기능을 회복하는 자가치유 기능을 가지는 소재 기술을 제시해야 함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 인간의 근육과 유사한 성능의 인공근육 소재 개발

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술 난제	난제 해결 여부 판단지표
① 고출력, 고변위, 고응답성을 동시에 만족하는 인공근육 소재 기술 부재	사람의 근육에 준하는 고출력, 고변위, 응답속도
② 고집적, 고밀도, 임의형상의 인공근육 공정 기술 부재	부피성형, 필름성형 등 다양한 형상의 가공성을 갖는 소재 및 공정기법
③ 인공근육 소재의 내구성 확보 기술 부재	반복 구동에 대한 내구성
④ 자가치유형 인공근육 소재 기술 부재	파손* 등 손상 발생하였을 경우에도 복원할 수 있는 자가 치유기술

* 자가치유가 필요한 파손에 대한 정의 및 파손환경, 파손정도, 자가치유 조건은 연구단이 제시하여야 함

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 소프트 로봇용 고성능 고내구성 인공근육 소재 개발

- 개발된 소재를 활용한 소프트 로봇의 구체적인 응용 분야(예: 바이오닉 웨어러블 로봇, 생체모사 로봇, 산업용 로봇/의료용 로봇 등)를 반드시 설정하고 자율 제시한 목표 수치에 대한 타당성을 trade-off에 있는 다른 특성들과의 상관관계를 고려하여 제시해야 함.

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 고출력, 고변위, 고속응답의 구동 성능 동시 구현을 위한 인공근육 소재/구동기* 개발 · 출력: 100 W/kg 이상 (전원부를 제외한 구동부 전체 질량 기준) · 변위: 30% 이상 · 응답시간: 100 ms 이하 · 최대 구동 부하 : 자율제시 - 구동 메커니즘 및 성능 확보 전략 제시 * 제안된 소재에 대해 부피성형, 필름성형 등 다양한 형상의 가공성을 갖는 공정기법을 함께 제시할 것 ㅇ 고내구성 (반복구동, 자가치유) 구동이 가능한 소재 개발 및 검증 - 반복구동에 의한 소재 구동 특성 저하 최소화를 위한 소재 설계 기술 및 반복구동에 따른 성능 변화 지표를 응용 목적에 맞춰 자율 제시 후 검증 · 반복구동 조건 : 출력 70 W/kg, 변위 20% 이상, · 반복 구동 전/후 성능유지율 및 반복횟수 자율 제시(예시, 80% 100,000회) (설정 지표의 도전성에 대해서 근거를 갖춰 제시) - 인공근육 자가치유 전략 제시 및 가능성 탐색(소프트 로봇 응용 환경을 고려한 파손환경, 파손정도, 자가치유 조건 자율제시) · 예시, 파손환경(물리적, 열적, 전기적 충격 및 피로 등) · 예시, 파손정도(구동성능이 20% 이하로 떨어지는 조건, 완전파단 등) · 예시, 자가치유 조건(열, 전기, 화학반응 등)
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 고출력, 고변위, 고속응답의 구동 성능 동시 구현을 위한 인공근육 소재/구동기 고도화 · 출력: 100 W/kg 이상 (전원부를 제외한 구동부 전체 질량 기준) · 변위: 40% 이상 · 응답시간: 80 ms 이하 · 최대 구동 부하 : 자율제시 ㅇ 고내구성 (반복성능, 자가치유) 향상 및 자가치유 복원 특성 기술 고도화 - 2단계 향상된 성능 조건 하에서의 반복 구동 특성 구현 및 고도화 · 반복구동 조건 : 출력 80 W/kg, 변위 30% 이상, · 반복 구동 전/후 성능유지율 및 반복횟수 자율 제시(예시, 80% 100,000회) (설정 지표의 도전성에 대해서 근거를 갖춰 제시) - 자가치유 성능 검증 (자가치유 성능지표는 자율 제시) · 예시, 80%이상 파손 후 자가치유, · 예시, 자가치유 후 구동성능은 기존 최대 성능의 70% 이상 재현 가능, · 예시, 80 ℃ 이하의 온도 가열을 통한 자가치유 ㅇ 상기 연구목표를 모두 만족하는 인공근육 기반 소프트 로봇 시작품 제작 및 검증 - 연구단에서 목표한 응용 목적에 맞는 개념 검증용 인공근육 기반 소프트 로봇 시작품 제작 및 구동성/내구성 성능 검증

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고성능 고내구성 인공근육 소재 관련 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고성능 고내구성 인공근육 소재 관련 특허 2건 이상 출원(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(단계평가시 제출) ㅇ 고성능 고내구성 인공근육 소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 고성능 고내구성 인공근육 소재 관련 관련 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출) ㅇ 제시한 연구목표를 모두 만족하는 소프트 로봇 시작품 제작

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제

RFP번호

24-상반기-국가전략-14

공모유형

품목공모형

사업명

원천기술개발사업 > 나노·소재기술개발사업 > 국가전략기술소재

RFP명

휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3D 프린터블 회로 형성 기판소재 기술

PM분야

나노·소재

보안과제

여부

일반

1. 추진배경

□ 추진배경

ㅇ 인간의 신체와 유사한 모습의 휴머노이드 로봇은 향후 미래 사회의 다양한 산업/서비스/연구 영역에서 인간의 역할을 대체할 수 있는 첨단 기술이 될 것으로 전망됨

ㅇ 인간의 활동 영역과 유사한 수준의 휴머노이드 활동 영역 개척을 위해 로봇의 골격은 인간의 신경망과 유사한 다양한 센서들이 집적화된 전자피부(electronic skin, e-skin) 형성이 필수적으로 요구되고 있음

ㅇ 인간과 휴머노이드의 초고속 통신 기반 양방향 실시간 상호작용과 휴머노이드의 무게 감소 및 공간활용성 증대 등을 위해 센서부와 구동칩 등을 휴머노이드의 내/외부 골격에 유기적으로 연결시킬 수 있는 소재 및 공정기술 개발이 필수적임.

ㅇ 기존의 3D 프린팅 소재의 경우 주로 형상제조 분야에 집중되어 연구가 진행되고 있으며, 3D 프린팅 공정이 가능한 기판소재 및 회로형성 기술이 개발된다면 3차원 맞춤형 자유곡면 회로 기판 등 새로운 응용분야를 선도할 수 있음

- 자유곡면 입체구조 형성이 가능한 기판소재, 자유곡면 인쇄 공정 및 전극 소재에 관련된 개별적 연구들을 결합하여 휴머노이드 내/외부 골격에 구동 회로를 직접 형성할 수 있는 기술개발 전략 수립은 휴머노이드 관련 기술의 완성도 및 적용성 증대에 기여할 수 있을 것으로 판단됨

ㅇ 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 회로기판 소재 및 (인쇄)공정 개발은 각 요소 기술의 성능향상 및 패키지화를 통해 구현이 가능하며, 다양한 신소재 탐색 및 실증 연구 등이 요구되기 때문에 장기적인 관점에서 국가적/사회적 지원을 통해 진행이 필요함

□ 기획 주안점 및 난제 제시

ㅇ 3D 프린팅 기술의 발전에 따라 3차원 성형품의 제작은 가능하게 되었으나 초고속 통신에 대응 가능한 저유전 및 저유전손실 특성을 가진 소재의 3차원 입체 프린팅 기술 및 저조도 표면구조 형성의 사례는 아직 보고된 바 없음.

ㅇ 휴머노이드와 인간의 실시간 상호작용을 가능케 하는 회로기판은 휴머노이드 골격 구조에 직접 프린팅 될 수 있는 공정성과 초고속 통신 구현을 위한 저유전율 및 저유전손실 특성이 필요함.

ㅇ 휴머노이드의 중량감소 및 공간 활용성 증대를 위해 초고속 통신용 회로 기판은 3D 프린팅 공정을 통한 Multi-Chip 실장이 가능한 기판 소재, 전극 형성 소재 및 3D형상 구현 인쇄공정 기술 개발이 동시에 요구됨.

ㅇ 초고속 통신 대응 휴머노이드 구동회로 형성을 위해 요구되는 기판 소재, 회로 및 인터커넥션 전극형성 소재 및 3D 프린터블 자유곡면 입체형상 형성 공정 등의 핵심 요소기술들의 융합을 통한 3D Multi-Chip 실장을 위한 구체적 전략 제시가 필요함

ㅇ 미래유망품목 및 기술난제 제시

- 미래유망품목: 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3D 프린터블 회로 형성 기술

표. 미래유망품목 구현을 위해 해결해야 할 기술난제

기술난제		난제 해결여부 판단지표*
① 초고속 통신 구현 가능한 3D 프린터블 유무기 복합 기판 소재의 부재		- 유전율 - 전극 포함 단층회로 기준 유전손실:
② 전극 구현이 가능한 회로 및 인터커넥션 금속 분말 소재 기술의 부재		- 소결전후 치수변형량 - 전기 전도도
③ 3D 프린터블 자유 곡면 회로 및 인터커넥션 표면 전극 형성 기술의 부재		- 곡면 기판 기준 전극 선폭 균일도 - 전극 계면 접착력
④ 3D 프린터블 자유곡면 입체형상 구현 공정 기술의 부재		- 3차원 Multi chip 실장 시작품 * 시작품의 곡면 형상 및 크기 자율제시

2. 연구개발목표

ㅇ 최종목표 : 휴머노이드 로봇 골격 맞춤형 3D 프린터블 회로 형성 소재 및 공정 기술 개발

ㅇ 단계별 목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ 3D 프린터블 유무기 복합 기판 소재를 위한 핵심 기술 원리 제시 - 적층 공정 기술 적용이 가능한 저손실, 저유전 유무기 복합 소재 기술 · 목표 유전율 (≤3.5 @10GHz) · 유전손실 (≤0.009 @10GHz) - 개발 소재 적용 달성 예정 3차원 자유곡면 형상 (자율)제시 필요 ㅇ 3차원 Multi-Chip 실장을 위한 전극 구현 가능 금속 분말 소재 기술 - 3D 프린팅 공정 적용 가능한 (저가)금속분말 소재 개발 전략 - 소결전후 치수변형량(≤15%) 및 전기 전도도(≥ 104 S/cm2) 확보를 위한 소재기술 ㅇ 자유 곡면 입체형상 구조체 표면 전극 형성 기술 - 자유 곡면 입체형상 적용 전극 및 Chip Bonding Pad 형성 3D 프린팅 공정 적용 기술 · 전극-기판 접착력(≥ 0.6 Kgf/cm2) · 유전체 두께 균일도(≤±8％) · 인쇄 해상도 자율제시, 전극 선폭 균일도(≤±8％) ㅇ 3D 프린터블 자유곡면 입체형상 구현 공정 전략 제시 - 휴머노이드 로봇 골격 구조 적용 3D 집적회로 적층 기술 목표 · 곡률, 크기, 3D 집적회로 기능 등 연구자 자율 제시 ㅇ 3D 프린터블 회로기판 소재 관련 특허 포트폴리오 제출
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ 3D 프린터블 유무기 복합 기판 소재를 위한 핵심 기술 고도화 - 다변화된 Multi-layer 적층 및 이종소재 접합공정 기술 적용을 위한 저손실, 저유전 하이브리드 기판 소재 기술 고도화 · 목표 유전율 (≤3.0 @10GHz) · 유전손실 (≤0.004 @10GHz) - 개발 소재 적용 달성 예정 3차원 골격 내부 형상 (자율)제시 필요 ㅇ 3차원 Multi-Chip 집적화를 위한 전극 구현 가능 금속 분말 소재 기술 최적화 - 3D 프린팅 공정 적용 가능한 (저가)금속분말 소재 특성 최적화 - 소결전후 치수변형량(≤ 10%) 및 전기 전도도(≥ 105 S/cm2) 확보를 위한 소재기술 ㅇ 자유 곡면 입체형상 구조체 표면 전극 및 배선 형성 기술 최적화 - Multi-Chip 패키징 공정 대응 전극 및 Chip Bonding Pad 형성 3D 프린팅 공정 적용 기술 · 전극-기판 접착력(≥ 0.8 Kgf/cm2) · 유전체 두께 균일도(≤±5％) · 인쇄 해상도 자율제시, 전극 선폭 균일도(≤±5％) ㅇ 3D 프린터블 자유곡면 입체형상 구현 공정 기술 고도화 - 3D 프린터블 3D Multi-chip 시작품 및 기능 구현 평가 기술 제시 · 곡률, 크기, 3D 집적회로 기능 등 연구자 자율 제시

3. 성과목표

1단계 (‘24~‘26)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 3D 프린터블 회로기판 소재 관련 국내·외 원천 특허 2건 이상 출원 (기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출 (단계평가시 제출) ㅇ 3D 프린터블 회로기판 소재 관련 특허 포트폴리오 구축
2단계 (‘27~‘28)	ㅇ JCR 5% 이내 SCI(E) 논문 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 국내·외 특허 출원 및 등록 건수 자율 제시(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 3D 프린터블 회로기판 소재 관련 국내·외 원천 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 스마트지수 A급 이상 특허 1건 이상 등록(기여율 50% 이상만 인정됨) ㅇ 자율제시된 모든 성능지표를 만족하는 3차원 Multi chip 실장 시작품 제작 ㅇ 제시한 연구목표 달성을 증빙하는 공인시험성적서 제출(최종평가시 제출)

4. 특기사항

ㅇ 1단계 연구 결과를 평가하여 2단계 계속지원 여부를 결정하고, 지원 예산은 당해 연도 예산상황에 따라 협의하여 변경될 수 있음

ㅇ 선정과제 중 일부 심층관리가 필요한 과제를 대상으로 최초 협약 전 전문가 검토를 통해 단계연구기간 및 연구비를 조정할 수 있으며, 이를 통해 해당과제 진도점검·성과관리 강화(해당과제는 별도 통보 예정)

ㅇ 사업 및 과제의 성과 고도화를 위해 전체 연구기간과 동일한 기간의 동일주제의 위탁과제 금지

- 위탁과제는 특수한 전문지식 또는 기술이 필요한 부분으로 한정하여 최대 2년의 기간에서 운영 (시작품 제작, 시험평가 등은 연구용역으로 추진)

ㅇ 실제 제출하는 과제명은 연구자의 아이디어가 포함될 수 있는 제목으로 변경하여 연구계획서를 제출해야 함

ㅇ 해당 과제는 최종 선정 시 IP-R&D 의무 과제로써, 단위과제 책임자는 정부지원 특허전략지원(IP-R&D) 소요비용(45백만원 내외)을 포함하여 단위과제 연구비(연구활동비)를 계상(1차년도)하고 실시하여야 함

ㅇ 추후 연구성과의 학술지 논문 게재시 해당 논문에 사사*를 반드시 표기

◈ 영문 : This research was supported by the Nano & Material Technology Development Program through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by Ministry of Science and ICT(과제번호)

◈ 국문 : 이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단-나노 및 소재기술개발사업의 지원을 받아 수행된 연구임(과제번호)

* 과제번호는 한국연구재단에서 부여한 과제번호(IRIS시스템에서 확인)를 사용하며 과제종료 시까지 유지되는 것이 정상임

- 연구성과의 언론홍보시 사전(논문게재전, 최소2주)에 반드시 논의 요청, 우수 연구성과는 정부(과학기술정보통신부), 한국연구재단을 통해 언론홍보 진행 예정

구분	성과홍보 기준(예시)
SCI논문	• IF≥25 (IF≥20 이상의 표지논문) • 분야내 상위 5% 이내 논문(JCR기준)
기술이전	• 개별건당 계약금액 2억원 이상

ㅇ 해당 연구의 데이터는 자체수립된 연구데이터 관리계획(DMP)에 따라 구축되어야 함. 선정과제는 협약 시 DMP 작성 컨설팅에 필수로 참여하여야 하며 연구데이터 등록·관리 이행 등에 대해서는 단계/최종평가 시 점검 예정

ㅇ 해당 연구의 연구데이터는 국가소재데이터스테이션(K-MDS, 혹은 향후 구축 예정인 국가 소재연구데이터플랫폼(가칭))에 등록하여야 하며, 향후 공개 및 활용될 수 있음

ㅇ 과제 종료된 해의 다음 해부터 5년 동안은 과제 종료 후 발생한 논문, 특허, 기술이전 등의 성과 정보를 국가연구개발사업 통합정보시스템에 등록 하여야 함

5. 연구개발기간 및 연구개발비

ㅇ 연구개발기간 : ′24.4. ~ ′28.12.(총 57개월 내외, 33개월+24개월)

ㅇ 연구비 : 총 7,125백만원 내외

1단계(‘24.4 ~ ’26.12 / 33개월)			2단계(‘27.1 ~ ’28.12 / 24개월)
1차년도	2차년도	3차년도	4차년도	5차년도
‘24.4.~’24.12	‘25.1.~’25.12	‘26.1.~’26.12	‘27.1.~’27.12	‘28.1.~’28.12
1,125백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원	1,500백만원
1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단	1개 연구단

※ 연차별 연구비 규모 및 연구기간은 정부예산 사정에 따라 변경 가능

ㅇ 과제형식 : 단위과제

ㅇ 선정 과제 수 : 1개 단위과제