메타물질 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서: 유형별(전자기, 테라헤르츠, 튜너블, 포토닉, FSS, 기타(키랄, 비선형 등)), 응용 분야별(안테나 및 레이더, 센서, 은폐 장치, 슈퍼 렌즈, 광/음향 필터링, 기타(태양광, 흡수체 등)), 최종 사용자별(의료, 통신, 항공우주 및 방위, 전자, 기타) 및 지역별(북미, 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카, 라틴 아메리카) 예측, 2022-2030

메타물질 시장 성장 동력

항공우주 및 방위산업 분야의 높은 수요

군사, 항공우주 및 방위 분야의 효과적인 통신을 위해서는 향상된 안테나 기술이 필수적입니다. 신뢰할 수 있고 효율적이며 실시간 통신은 디지털 전장에서 네트워크 중심 작전을 수행하고 적절한 인원에게 정확한 정보를 전달하는 데 필수적입니다. 방위, 항공우주 및 군사 시스템에서 중요하지만 때때로 간과되는 요소는 바로 안테나입니다. 레이더 또한 정밀한 표적 추적을 위한 미사일 유도에 군용 안테나를 사용합니다. 군용 안테나 시장은 국경 침투 증가, 테러 활동, 국제 분쟁 및 공격에 취약한 국경 지역으로 인해 성장할 것으로 예상되며, 이는 항공우주 및 방위 분야에서 메타물질에 대한 수요 증가로 이어질 것입니다.

모든 국가들은 평화와 안보 유지를 위해 국방 산업에 투자해 왔습니다. 또한, 각국 정부는 매년 예산에 국방 산업을 위한 특정 금액을 책정하고 있습니다. 항공우주 및 군사 산업은 현재 "슈퍼사이클"을 맞이하고 있는데, 이는 막대한 수주 잔고에 기인하며 향후 10년간 해당 부문의 생산을 견인할 것으로 예상됩니다. 이러한 모든 요인으로 인해 해당 산업 분야의 메타물질 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 수요는 예측 기간 후반에 시장을 이끄는 중요한 동력이 될 것입니다.

통신을 위한 안테나 사용 증가

최근 통신 업계는 마이크로파 응용 분야에 대한 관심이 크게 증가하고 있습니다. 공학적 메타물질은 특이한 전자기 신호를 생성할 수 있습니다. 이러한 물질은 음의 ​​굴절률(NRI) 및 좌수성 물질(LHM)을 포함한 다양한 굴절 특성을 나타냅니다. 이러한 특성 때문에 메타물질은 마이크로파 부품 제작은 물론 고효율 안테나 설계 및 생산에 필수적입니다. 자기 유도(MI) 통신 시스템에서 루프 안테나는 음의 투과율을 가진 메타물질 쉘로 둘러싸여 있습니다. 이론적으로 메타물질이 강화된 초고속(SR) 통신 시스템과 소형 루프 안테나를 사용하면 적절한 데이터 전송률로 약 20미터의 통신 범위를 확보할 수 있습니다. 따라서 이러한 물질을 외딴 지역에서 사용하면 통신 연결에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

안테나에 메타물질을 사용하면 개인이 0.38m의 회절 한계보다 6배 더 먼 거리에 초점을 맞출 수 있습니다. 이러한 메타물질로 제작된 휴대폰 안테나는 크기가 5배 작아지고 대역폭은 700MHz에서 2.7GHz까지 확장됩니다. 과학자들은 현재 광각 임피던스 정합(WAIM) 기술 연구를 진행하고 있습니다. 메타물질은 위상 배열 안테나에 우수한 광각 임피던스 특성을 제공하는 것으로 나타났습니다. 메타물질은 5G 안테나에도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 미사일 방어 시스템, 해양 감시 시스템, 우주 감시, 항공기 충돌 방지 시스템, 방공 시스템 등에서 메타물질 기반 안테나의 활용이 증가하는 추세를 포함하여, 위에서 언급한 모든 요인들이 예측 기간 동안 메타물질 시장 성장을 견인할 것으로 예상됩니다.

시장 제약

메타물질 합성 비용

메타물질의 제조 공정에는 고도로 입체적인 마이크로 및 나노 스케일 구조를 생성할 수 있는 장비와, 동일 구조 내에 여러 구성 재료를 포함하는 기술이 필요합니다. 이러한 공정은 막대한 자본 투자가 요구되며, 연구 개발에 상당한 비용이 소요됩니다. 이처럼 특성이 정밀한 구조를 설계하고 제작하려면 최첨단 장비와 기계가 필수적입니다. 따라서 메타물질 합성은 시간과 노력이 많이 드는 매우 중요한 공정입니다. 최근에는 적층 제조 방식이 잠재적인 생산 공정으로 주목받고 있습니다.

게다가 메타물질 제조에 사용되는 원료에는 다양한 나노입자가 포함되는데, 이는 매우 고가입니다. 전기영동 증착(EPD) 공정은 전기장을 이용하여 용액 속의 하전된 나노입자를 기판 위에 증착하는 방식입니다. 메타물질은 응용 분야가 제한적이기 때문에 대규모 생산은 아직 초기 단계에 머물러 있습니다. 높은 제조 비용 때문에 전 세계 기업들은 소규모에서 중규모에 이르는 메타물질 합성에 주력하고 있습니다. 따라서 다양한 메타물질을 산업적으로 충분한 양으로 생산할 수 있는 경제적인 기술의 부족은 메타물질 시장의 잠재력 발휘를 저해하는 요인입니다.

시장 기회

무선 이동통신에 대한 수요 증가

지난 10년간 무선 이동 통신 시스템에 대한 수요가 증가해 왔습니다. 2010년 국제전기통신연합(ITU)에서 IMT-Advanced(IMT-A) 표준이 승인된 이후, 4세대(4G) 무선 통신이 전 세계적으로 보급되었습니다. 4G 통신 시스템의 인터넷 프로토콜 아키텍처를 기반으로, 인터넷 트래픽의 지속적인 증가와 함께 인터넷에 접속하는 스마트하고 다양한 무선 기기의 수가 기하급수적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 무선 통신 시스템에 메타물질을 적용하면 스펙트럼 효율과 에너지 효율을 향상시킬 수 있습니다.

5세대(5G) 무선 통신 기술은 개발이 상당히 진행되어 2021년 상용화가 예상되었으나, 코로나19 팬데믹으로 인해 지연될 가능성이 있습니다. 5G 통신 시스템은 4G 시스템보다 훨씬 빠른 전송 속도를 제공하며, 셀당 8~10bps/Hz 범위 내에서 최대 10Gbps의 데이터 전송률을 달성할 것으로 기대됩니다. 통신 산업이 지속적으로 성장함에 따라 5G 네트워크 기술의 상용화는 통신 기기에 새로운 시대를 열어줄 것으로 예상됩니다. 메타물질은 대규모 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템을 위한 대규모 안테나의 메타물질 기반 설계와 같은 5G 기술 구성 요소에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 또한, 메타물질 기반 반사판은 5G 신호 전파를 향상시키는 데에도 활용되고 있습니다.

사물인터넷(IoT)과 모바일 미디어의 도입이 증가함에 따라자율주행 차량예측 기간 동안 무선 통신 시스템에서 메타물질의 응용 분야는 크게 증가할 것으로 예상됩니다. 이러한 모바일 통신에 사용되는 부품은 효율성을 저해하지 않으면서 소형화되어야 하는데, 바로 이 점에서 메타물질이 빛을 발합니다. 메타물질 부품의 사용은 모든 무선 및 모바일 기술에 혁명을 일으키고, 따라서 해당 산업의 성장을 견인할 것입니다.

세그먼트 분석

유형별 분석

전자기 부문은 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 31.9%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 전자기 메타물질은 자연 발생 물질이나 복합재료에서는 구현하기 어렵거나 불가능한 다양한 반응을 제공하도록 전자기적 특성이 의도적으로 설계된 구조로 이루어진 인공 물질입니다. 메타물질의 주요 특징으로는 음의 굴절률(자기적 반응과 전기적 반응이 동시에 음수인 경우), 완벽한(서브파장) 렌즈 효과, 전자기적 투명 망토 등이 있습니다. 이러한 특징들이 해당 부문의 성장을 견인하고 있습니다.

응용 프로그램 분석을 통해

안테나 및 레이더 부문은 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 31.8%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 메타물질의 가장 중요한 용도 중 하나는 안테나입니다. 메타물질의 특수한 성질을 활용하면 안테나의 성능이 향상됩니다. 메타물질 코팅은 전기적으로 중요하지 않고 미적으로도 뛰어난 다이폴 수신 장비의 방사 및 통신 능력을 향상시키는 데 사용되어 왔습니다. 메타물질 표면 안테나(MSA-T)의 개발은 수신 장치 혁신의 새로운 범주에 속합니다. 이 안테나는 움직이는 부품이나 고가의 이동 장치 없이도 넓은 범위의 위치에서 빠르고 정확하게 무선 주파수 대역을 제어할 수 있습니다. 이러한 요인들로 인해 안테나 및 레이더 분야에서 메타물질에 대한 수요는 예측 기간 동안 증가할 것으로 예상됩니다.

최종 사용자 분석을 통해

항공우주 및 방위 산업 부문은 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 예측 기간 동안 연평균 34%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 첨단 안테나 기술은 신뢰할 수 있는 군사, 방위 및 항공우주 통신에 필수적입니다. 신뢰할 수 있고 효과적이며 실시간 통신은 디지털 전장에서 네트워크 중심 작전의 성공과 적시에 적시에 적임자에게 정보를 전달하는 데 필수적입니다. 안테나는 항공우주, 방위 및 군사 시스템의 핵심 요소이지만 종종 간과되곤 합니다. 또한 군용 안테나는 레이더에 사용되어 정확한 표적 추적을 위한 미사일 유도를 제공합니다. 국경 침투, 테러 활동, 국가 간 분쟁 및 공격에 취약한 국경 지역의 증가는 군용 안테나 수요를 촉진할 것으로 예상됩니다. 이는 결국 메타물질에 대한 필요성을 증대시킵니다.

지역 분석

북미 시장 패권

북미는 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있으며 예측 기간 동안 연평균 31.9%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 미국은 세계 최대의 항공우주 산업을 보유하고 있습니다. 연방항공국(FAA)에 따르면 항공 화물 운송량 증가로 인해 2030년에는 전체 항공기 보유 대수가 36,500대에 이를 것으로 전망됩니다. 또한, 기존 항공기의 노후화로 인해 미국 주요 항공사의 항공기 보유 대수는 매년 54대씩 증가할 것으로 예상됩니다. 프랑스, ​​중국, 독일 등 국가로의 항공우주 부품 수출 호조와 미국의 견조한 소비자 지출이 항공우주 산업의 제조 활동을 견인하고 있습니다.

미국의 국방 예산은 2020 회계연도에 7,215억 달러로 정점을 찍은 후 2021 회계연도에는 7,162억 달러에 달했습니다. 이는 도널드 트럼프 대통령 첫 임기 마지막 2년 동안의 지출액 중 역대 최고 수준입니다. 현 정부가 군사 장비 생산을 늘리고 세계 질서에서 미국의 입지를 강화하려는 의지는 지난 5년간 군사비 지출 증가에 기여한 여러 요인 중 하나입니다. 이러한 항공우주 및 방위 산업 분야의 추세는 메타물질에 대한 수요를 창출할 것으로 예상됩니다.

아시아 태평양 지역은 2030년까지 16억 달러 규모의 시장을 창출하며 연평균 31.7%의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 중국은 세계 최고 수준의 국방 예산을 보유하고 있으며, 최근 국방비 증액은 2035년까지 인민해방군을 완성하고 2049년까지 세계적 수준의 군대로 거듭나게 하겠다는 중국의 의지를 보여줍니다. 이는 군사 기술 산업에 새로운 기회를 제공하고 있습니다. 중국은 세계 최대 규모의 전자제품 생산 기지를 보유하고 있으며, 국내 소비자에게 전자제품을 공급하고 해외로 수출하고 있습니다. 중산층의 가처분 소득 증가와 중국산 전자제품 수입국의 수요 증가로 전자제품 생산량은 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다. 따라서 이 지역의 메타물질 시장은 견조한 성장세를 보일 것으로 전망됩니다.

유럽은 세계에서 세 번째로 큰 항공우주 산업 지역입니다. 독일의 항공우주 산업은 전국에 걸쳐 2,300개 이상의 기업을 보유하고 있으며, 특히 북부 독일 지역에 기업 밀집도가 높습니다. 독일에는 항공기 내부 부품, MRO(유지보수, 수리 및 정비), 경량 구조 및 소재 생산 기지가 많으며, 주로 바이에른, 브레멘, 바덴뷔르템베르크, 메클렌부르크포어포메른 주에 위치해 있습니다. 향후 20년 동안 항공 산업의 증가하는 수요를 충족하기 위해 3만~3만 5천 대 이상의 신형 항공기가 운항될 것으로 예상됩니다. 따라서 항공기 생산량 증가에 따라 예측 기간 동안 시장 소비량도 증가할 것으로 전망됩니다.