| 韩国纳米材料产业技术发展趋势 | ||
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 韩国通过国家研发技术产业信息网站(NTIS)介绍当前国家重点技术，包括技术定义与范围、产业技术趋势、发达国家与后起竞争国家的竞争力比较、技术发展战略及政策建议等。本文根据NTIS网站的内容，简要介绍了韩国纳米技术的主要技术趋势及产业发展趋势。 韩国纳米材料产业、技术发展趋势 主要介绍以下5个领域的技术： I 基于纳米融合的材料技术 II 基于纳米的功能性材料技术及其产业、技术发展趋势 III 纳米生物材料 IV 环保纳米材料应用技术 V 纳米材料评价技术 I.基于纳米融合的材料技术 1. 主要技术： ○ 透明n/p型导电性与半导电性氧化物薄膜的制造技术 ○ 纳米电子、传感器技术 ○ 透明光学器件制造技术 ○ 柔性晶体管技术 2. 韩国产业与技术发展趋势 ○ 产业趋势 - 以大企业为主，正在进行有关氧化物TFT的研究，尚未进入商用阶段。 - 对利用纳米技术的气体传感器与生物传感器需要的不断增加，有必要实施整体投资。 ○ 技术发展趋势 - 掺杂(doping)问题方面，韩国的许多研究员拥较强的能力与实力。 - 半导体纳米结构合成方面拥有相当的技术能力 - 对于纳米结构中掺杂技术的研究很活跃，相关自主设备的开发达到技术先进国家水平 - 纳米传感器研发水平接近技术先进国家，正努力追赶 - 摆脱日本专利的影响，以大企业为主正进行利用新物质的各种TFT有关技术的积累 ○ 韩国有关技术机构及主要研究内容 - 技术名称：透明n/p型导电性与半导电性氧化物薄膜的制造技术 研究机构：浦项工科大学 主要研究活动：依据MOCVD的ZnO纳米发光研究 - 技术名称：透明n/p型导电性与半导电性氧化物薄膜的制造技术 研究机构：韩国光技术院 主要研究活动：通过RF sputtering的ZnO研发 - 技术名称：纳米电子传感器技术 研究机构：浦项工科大学 主要研究活动：Zn纳米棒生长 - 技术名称：纳米电子传感器技术 研究机构：高丽大学 主要研究活动：利用ALD对纳米线周边Al2O3涂层和纳米线蚀刻的研究；纳米线的光反应及其气体环境下电气特征分析 - 技术名称：纳米电子传感器技术 研究机构：ETRI , KAIST 主要研究活动： 利用Tunsten Oxide (WO2.72)和ammonia形成 nanorod - 技术名称：透明光器件制造技术 研究机构：KIST 主要研究活动：氧化物半导体特征及TFT研究 - 技术名称：透明光器件制造技术 研究机构：ETRI 主要研究活动：利用ALD的氧化膜TFT研究 ○ 与上述技术相应的政策、项目(含研究费) - 政策、项目名称：教育科学技术部纳米原创技术开发计划 主要内容：支持利用纳米线开发传感器 - 政策、项目名称：纳米材料技术中心(CNMT)FRONTIER计划 主要内容：支持多材质纳米传感器开发 - 政策、项目名称：环境部原创融合技术课题计划 主要内容：支持利用纳米构造神经元芯片的开发 II. 基于纳米的功能性材料技术及其产业、技术发展趋势 1. 技术概要 ○ 通过纳米构型实现机械性能大幅提高的材料技术 ○ 纳米材料模拟技术 2. 韩国产业与技术发展趋势 ○ 产业趋势 - 韩国有百余个金属粉末材料企业与研究机构，现在其金属粉末与零部件市场规模约2,000亿韩元，模具与工具市场规模约2,500亿韩元。 - 韩国自上世纪90年代启动政府主导的研发活动，通过创意研究计划、NRL、ERC/SRC、21世纪前沿研发计划、领先技术开发计划、产业基础技术计划等从政策上提供支持。 - 2001年韩国纳米技术水平约是美国的25%，现在达到美国的61.4%，日本与德国的71%、75%。 - 在韩国国内，纳米器件、纳米块体材料等纳米材料领域占有69%比重。 ○ 技术发展趋势 - 2002年开始，通过“21世纪前沿研发计划”，韩国正式启动纳米材料技术开发研究，政府通过ERC,、CRI、21C前沿研发计划和下一代新技术开发计划等提供支持。 - 上世纪80年代后期开始，纳米粉体合成研究非常活跃。以数所大学为主的块体化研究处于研究初期。大型国家项目主要有21世纪前沿研发计划、下一代材料成型计划、纳米核心计划等。 - 有关纳米复合材料的研究始于上世纪90年代后期，产业资源部(现知识经济部)启动“下一代高性能纳复合材料开发”课题并通过纳米材料事业团提供系统的支持。“下一代高性能复合材料开发项目”由陶瓷(ceramic)、高分子纳米复合材料开发及纳米复合材料原料开发构成，纳米材料产业团主要支持金属、陶瓷等的技术开发。 - 韩国的研究以小型研究集团实施的个别规模的计算机模拟研究为主，缺乏战略层面上的计算机模拟技术开发。但是韩国小型研究集团所拥有的研究能力水平高，如果把这些力量组织起来，纳米生物计算机模拟技术的开发潜力将非常大。 ○ 韩国技术保有机构及主要研究内容 - 技术名称：高强度/结构纳米材料技术 研究机构：KIMS（韩国材料研究所） 主要研究活动：纳米晶铜合金开发 技术spec：粒度170nm，强度600MPa以上，电导率5%IACS以上 - 技术名称： 高性能纳米涂层材料技术 研究机构： KIST（韩国科学技术研究院） 主要研究活动： 纳米结构新材料陶瓷涂层技术 技术spec：AYE、AYG、YYC纳米结构涂层膜开发 - 技术名称：高强度纳米复合材料技术 研究机构： KAIST，韩国化学研究院 主要研究活动： CNT-金属复合材料 技术spec： CNT的均匀喷涂及与基体材料的强耦合 - 技术名称： 纳米物质模拟技术 研究机构： 韩国化学研究院，KIST 主要研究活动： 模拟器开发 技术spec： QM/MM/CM, 3D Simulater ○ 韩国相应的政策、项目(含研究费) - 政策、项目名称：21世纪前沿研究开发计划(纳米材料技术开发计划) 主要内容： 以开发环保型的高效纳米材料为目标，2002~12年总预算1,200亿韩元 - 政策、项目名称：纳米原创开发计划 主要内容： 开发基础性的纳米技术 III. 纳米生物材料 1. 技术概要 ○ 纳米材料分为生物材料与非生物材料。 ○ 生物纳米材料作为生物学材料在纳米等级上被定义为具有功能的材料，包括来自蛋白质、DNA/RNA、脂质、多糖类等的各种分子马达、纳米胶囊、纳米线、polymeric structure。 ○ 纳米生物材料被定义为可在纳米尺寸上实现生物应用的材料，现有纳米材料中有生物系统分析(Quantum dots)、疾病诊断/治疗(造影剂及用于药品传递的纳米粒子)、用于人工关节/人工器官的纳米材料等。 ○ 适用于生物系统的大部分纳米尺寸的材料属于纳米生物材料范围，所以生物纳米材料被看做属于纳米生物材料范畴。 2. 韩国产业与技术发展趋势 ○ 产业趋势 - 2001年7月韩国制定“纳米技术综合发展计划”，2002年12月制定“纳米技术开发促进法”，2003年6月制定“纳米技术开发促进法实施条例”，通过以上政策法令促进纳米技术开发研究与投资。 - 2005年韩国在纳米技术综合发展计划提出的目标是通过NT、BT、IT融合，至2010年NT领域进入5大先进国家行列。NT技术的主要应用领域首选BT和IT，NT技术是BT技术的应用领域，BT是NT的工具，韩国沿着这一思路试图推进技术的融合。但是至今为止，政府对NT-BT融合领域的支持及立项不足。 - Digital Bio等少数生物工程风险企业正进行微流体控制元件研究。 - 韩国造影剂市场主要依靠进口。Taejoon制药等3家公司正在开发相关产品。 - Hanmi制药等企业主导韩国药物传递系统研究。 ○ 技术发展趋势 - 韩国通过对纳米技术领域的集中投资构建研究基础及支持体系，并且在纳米生物技术体系化电子信息技术领域占有优势。 - 国外癌细胞成像纳米材料造影剂的研发活跃。韩国开发了分子成像MRI造影技术，尚未正式实施相关造影剂剂研究。 - 韩国首尔大学Sang Il Choi教授对实验性心肌梗死家兔的有坏死组织特异性的MRI造影剂进行过研究。 - 全北大学Gil Seon Kang教授正领头实施用于MRI造影剂的氧化铁纳米颗粒的生物相容性研究，这种造影剂具PVP(polyvinylpyrrolidone)涂层。 - 韩国生命工学研究院通过人类基因组计划取得了韩国人多发癌症的遗传信息，以此为基础正进行对韩国特有癌症的分子标的开发，以及通过抗体工程技术、纳米生物融合技术进行疾病诊断与治疗领域的应用研究等。 - 国立毒性研究院自2007年开始实施“基于纳米物质毒性的研究计划”。 - 韩国靶向给药技术现状：自上世纪90年代初期制药企业认识到DDS的重要性，开始积极参与研发，DDS研究主要集中于难容性药物的增溶技术开发。目前主要开发的技术是癌细胞成像等。 - 1990年至现在，韩国药物传递系统有关专利占据药品专利的46%。最近5年专利申请增加率达到346%。 ○ 韩国技术储备机构及主要研究内容 - 技术名称：纳米医药材料 研究机构：韩国生命工学研究院 主要研究活动：开发用于癌症诊断及药物传递的纳米材料 技术spec：生物相容性 - 技术名称：生物成像用纳米材料 研究机构：KIST 主要研究活动：用于癌症诊断的纳米材料 - 技术名称：生物成像用纳米材料 研究机构：首尔大学 主要研究活动：用于癌症诊断的纳米材料 技术spec：0.7mm癌细胞摄影 - 技术名称：生物成像用纳米材料 研究机构：延世大学 主要研究活动：用于癌症诊断的纳米材料 - 技术名称：功能性纳米材料 研究机构：汉阳大学 主要研究活动：生物人工肌肉的开发 - 技术名称：用于药物传递的纳米材料 研究机构：Samyang Genex，Utah大学 主要研究活动：以药物释放系统将自主研制抗癌药(Genexol)投入市场 - 技术名称：功能性纳米材料 研究机构：韩国太平洋 主要研究活动：开发利用Vit.E-acetate纳米乳化粒子的功能性纳米材料/适用于个人护理产品；利用增强脂质体类型生物利用率的纳米材料制造的化妆品上市 - 技术名称：功能性纳米材料 研究机构：三星电子 主要研究活动：银纳米技术开发--适用于洗衣机 ○ 有关相应技术的政策、项目(含研究费) - 政策、项目名称：生物材料研究计划 主要内容：通过主导生物经济时代的生物领域原创技术扩大科技竞争力 - 政策、项目名称：纳米原创技术开发计划 主要内容：促进中长期研究计划，取得引领21世纪新产业、新技术革命的纳米领域基础、原创技术，扩充有关基础设施 - 政策、项目名称：原创核心技术支持政策(教科部) 主要内容：支持纳米生物融合技术开发 - 政策、项目名称：纳米技术产业化政策 主要内容： 支持纳米材料技术开发；政策纳米工程技术开发 - 政策、项目名称：21世纪尖端计划纳米机电一体化计划 主要内容：开发纳米生物界面技术与用于医疗的纳米级血液分析系统 IV. 环保纳米材料应用技术 ○ 产业趋势 - 上世纪90年代以后，各种模拟器开始被积极地应用到产业现场 - 在韩国国内， 通过模拟仿真致力于企业咨询的企业处于起始阶段，大企业意识到仿真的重要性迈入incubating阶段。 ○ 技术开发趋势 - 大学物理学系和化学系理论集团试图用计算物理与计算化学解释纳米材料力学性能。少数大学的研究集团利用电脑仿真开始研究力学性能，但大部分仅限于强化实验结果的个别尝试。 - 最近政府研究机构也开始尝试陶瓷、薄膜、高分子等材料领域的计算机模拟研究，但只是适用于个别课题的尝试。三星综合技术院等企业研究所也利用超算系统实施计算机模拟研究，但主要是利用商用程序的器件模拟。 - 对适用于纳米材料的Multiscale Simulation方法的开发研究十分不足。 - 为在今后国际竞争中生存，应在纳米技术领域占据优势，能否拥有纳米技术开发两大工具之一的计算机模拟技术及自主技术将是其关键。特别是最新研发的Multiscale Simulation技术通过显示纳米材料开发的指导方向并预测力学性能，有望成为材料设计的新典范。 ○ 韩国技术储备机构及主要研究内容 - 技术名称：O(N)计算方法 研究机构：首尔大学 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 - 技术名称：空间多尺度 研究机构：韩国化学研究院 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 - 技术名称：时间多尺度 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 - 技术名称：电子器件模拟器 研究机构：首尔市立大学 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 - 技术名称：电子器件模拟器 研究机构：延世大学 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 - 技术名称：势能DB 研究机构：POSTECH 主要研究活动：算法(algorithm)/软件开发及应用 ○ 韩国相应政策、项目(含研究费) － 政策、项目名称：开发用于功能性纳米材料开发的软件 主要内容：韩国科学财团的纳米原创开发计划(每年约1亿韩元) － 政策、项目名称：利用分子仿真开发纳米器件设计技术 主要内容：韩国科学财团的新技术融合计划(每年约5亿韩元) V. 纳米材料评价技术 1. 技术概要 ○ 纳米力学性能的测量、评价、分析与标准化技术 ○ NEMS标准化及纳米材料有证标准物质技术 ○ 先进纳米测量及分析装备制造技术 2. 韩国产业与技术发展趋势 (1) 产业趋势 ○ 现在纳米测量/分析设备市场上，拥有先进技术的Zygo、FEI、Veeco、Seiko、Nikon、Carl Zeiss等欧美及日本企业占据主动地位，韩国企业Park Systems在开拓原子力显微镜领域市场。 ○ 韩国纳米测量设备SPM领域有Park Systems和SNU precision, nanofocus等。首尔大学、汉阳大学、光州科学院，KAIST各有教授研究小组实施SPM研究。M2N公司正开发AFM tip的商用。 ○ 只有有少数风险企业生产SEM，大部分纳米测量设备仍然依靠进口。 ○ 现在对机械性能、矿物性能、电气性能、复合性能的测量与分析技术的研究比较活跃，这些研究可用于今后纳米产业的纳米材料/部件/零件的性能评价与可靠性评价。但是有关设备的商用尚不活跃。 ○ 韩国几乎没有展开用于nano-pattern 3D高速测量的optical CD材料技术、2D周期模式分析技术开发的研究。少数大学与大学风险企业正实施用于研究的spectroscopic ellipsometer开发。 ○ LG、三星电子、三星技术院等实施喷墨打印机喷嘴、加速度计、RF MEMS、生物传感器、碳纳米管等MEMS研究，大部分风险企业与中小企业开发加速度计等MEMS产品。 ○ 韩国半导体产业主要集中于存储器领域，存储器领域显示出很高的整合程度。半导体制造企业需要高水平的optical CD测量技术，但韩国国内没有用于半导体器件的optical CD测量技术，完全依靠进口。 （2）技术开发趋势 ○ 韩国机械研究院保有世界最高水平的具分辨力的、基于激光干涉的非接触式应变率测量技术等多样的纳米级机械性能测量技术。 ○ 韩国标准科学研究院实施了使用SPM的纳米力学特性(强度、弹性等)的研究，建立薄膜厚度测量技术的超精密标准ellipsometer研究，开发用于测量SiO2、Si3N4、polysilicon、oxynitride氧化膜厚度的CRM。此外制备纳米结构材料，分析其机械、电气、光学特征。 ○ 首尔大学、标准化研究院、西江大学等实施了通过纳米压痕实验确定材料本构方程的研究，主要通过限定材料、引入适当拟合参数的方式实施。 ○ KAIST将块体材料属性数据库化以后，机械研究院、标准研究院等国家研究机构与三星重工业等将材料属性数据库化。 ○ 数所大学实施了利用SPM的软物质变形特征测量，记忆体元件应用等实用研究。 ○ 韩国标准科学研究院实施的研究：通过纳米压痕实验使nm级薄膜表面粗糙度影响、硬度、屈服强度等量化的技术，利用CNT复合型探头测量sub-nm级精密图像的技术、SPM悬臂的刚度校准技术，利用非晶材料的GMI传感器、血压测量等。 ○ 韩国标准科学研究院通过ISO TC164 SC3委员会活动于2002年制定Nano-Indentation实验方法国家标准草案，2007年5月草案被采用(ISO14577-4)。 3. 韩国技术储备机构及主要内容 技术名称：纳米力学性能测量评价分析标准化技术 - 核心技术：纳米结构分析技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：测量X-线(中子)反射率 技术spec：X-线(中子)反射率测量技术 - 核心技术：大面积纳米机构图像光度测定技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：光度法测定纳米图案技术；大面积光学测量 技术spec： 时间-50ms/pt以下，测量光束-1um以下，分辨率-0.05nm以下 - 核心技术：纳米图像测量设备制造技术 研究机构：Park systems 主要研究活动：SPM与有关模块开发 技术spec：图像失真最小化SPM； LFM、EFM、MFM等多数模块 - 核心技术：纳米薄膜的力学性能测量 研究机构：KIMM；韩国标准科学研究院 主要研究活动：50nm以下薄膜的力学性能测量 技术spec：Sub-50nm - 核心技术：非接触式应变测量 研究机构：KIMM；韩国标准科学研究院 主要研究活动：通过非接触方式测量薄膜变形 技术spec：Sub-50nm分辨率 - 核心技术：纳米压痕技术 研究机构：首尔大学 主要研究活动：球形压痕实验 技术spec：硬度、流变特性、残余应力、断裂韧性的测量技术 - 核心技术：纳米压痕实验技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：标准试片、标准测量测量程序；纳米压痕成像技术 技术spec：纳米硬度/弹性显示标准；纳米压痕图像分析技术 - 核心技术：纳米力学图像技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：利用SPM的动态特征测量与图像化技术 技术spec：刚度/弹性；50nm分辨率动态图像 - 核心技术：纳米力校准技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：纳米力标准测量技术 技术spec：利用Nanoobalance、SPM cantilever校准器 - 核心技术：纳米拉伸试验技术 研究机构：韩国标准科学研究院 主要研究活动：碳纳米管与纳米线力学性能测量 技术spec：0.98 TPa测量 - 核心技术：磁弹性测量技术 研究机构：安东大学 主要研究活动：巴克豪森信号测量 技术spec：0.1 nT 技术名称：NEMS标准化及有证标准物质技术 - 核心技术：机械性能测量技术 研究机构：韩国机械研究院，韩国标准科学研究院 主要研究活动：悬臂测量；极低温动力学测量 - 核心技术：动力系统力学性能测量 研究机构：首尔大学 主要研究活动：耦合动力系统 4. 韩国有关政策、项目(含研究费) - 政策、项目名称：纳米技术综合发展计划(2006~10年: 20.36亿韩元) 主要内容：通过新技术(产品)开发确保可持续发展潜力；与现有技术(IT、BT、ET)的连接与融合；提高人类生活质量；加强研发、教育及基础设施、新产业竞争力，开发符号社会需要的技术 - 政策、项目名称：纳米光电一体化 主要内容：开发纳米测量原创技术(20亿/年) - 政策、项目名称：纳米材料技术开发计划 主要内容：开发纳米材料制造机力学性能测量技术(4亿) - 政策、项目名称：智能型微系统开发中心(1999, 1,669亿韩元) 主要内容：胶囊型内窥镜：直径：10 mm，长度：20 mm；微型医疗诊断系统: 20 mm X 20 mm X 3 mm - 政策、项目名称：纳米光电一体化技术开发中心(2002) 主要内容：10-100nm级纳米压印工程技术开发；纳米工程技术、设备与零部件开发 - 政策、项目名称：万亿次级纳米器件开发中心(2000, 1,503亿韩元) 主要内容：Tera级nanoelectronics； 纳米组件技术 |
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