MXene(2D 탄화물 질화물) 시장 - 조성별, 합성 기술별, 응용 분야별 - 글로벌 전망, 2025-2034

MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장 규모

2024년 글로벌 MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장은 6700만 달러 규모로 평가되었습니다. Global Market Insights Inc.의 최신 보고서에 따르면, 2025년 1억 2500만 달러에서 2034년 19억 4000만 달러로 성장할 것으로 예상되며, 연평균 성장률(CAGR)은 35.6%로 나타날 전망입니다. 주요 성장 동력은 최근 나노기술의 발전, 고급 소재에 대한 수요 증가, 에너지 저장 및 전자 분야에 대한 투자 확대 등이 있습니다.

MXenes는 MAX 상에서 유래한 2D 전이금속 카바이드, 질화물, 카본질화물의 하위 분류로, 금속 전도성, 친수성, 표면 화학, 기계적 유연성 등 독특한 특성을 결합한 매우 유용한 소재로 부상하고 있습니다.

주요 성장 요인 중 하나는 고급 에너지 저장 시스템의 상업화 확대입니다. 리튬 이온, 나트륨 이온, 아연 이온 배터리 등에서 MXenes, 특히 Ti₃C₂T_x는 높은 부피 용량(~1500 F/cm³)과 빠른 이온 이동 특성을 보여주며, 차세대 음극 및 초전지 응용 분야에서 극도로 유리한 전기화학적 특성을 나타내고 있습니다. 자동차 및 전력망 분야의 전기화는 효율적인 소재 수요를 더욱 확대시키고 있으며, MXenes는 전 세계 에너지 소재 공급망에서 고가치 소재로 자리매김하고 있습니다.

전자 및 통신 산업도 중요한 응용 분야입니다. MXenes는 우수한 전기 전도성(~10,000 S/cm)과 우수한 전자기파 차폐 성능(박막 기준>60 dB)을 보유하고 있어, 유연한 전자, 안테나 소재, RF 차폐, 센서 등에 적용되고 있습니다. 전자기파 차폐 소재 수요는 상당한 성장률을 기록할 전망이며, MXenes는 전통적인 금속 솔루션에 비해 가벼우면서도 고성능의 대안으로 부상하고 있습니다.

생체 의료 분야에서도 MXenes는 바이오센싱, 약물 전달, 광열 치료, 항균 코팅 등 혁신적인 응용 분야를 개척하고 있습니다. 최근 Ti₃C₂T_x 및 Nb₂C MXenes의 생체 친화성과 항균 특성이 발견되면서 새로운 가능성을 열었습니다. 북미, 유럽, 아시아 태평양 지역을 중심으로 나노기술 기반 장치, 최소 침습 진단, 스마트 액세스 장치에 대한 의료 분야의 강조는 기능화된 MXene 소재에 대한 새로운 다백만 달러 규모의 하위 시장을 개척하고 있습니다.

MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장 동향

• HF-free가 상업 표준으로 부상: 기존 HF 기반 습식 화학 에칭은 독성, 부식, 규제 장벽 등 대량 산업 적용에 대한 진정성 있는 우려를 제기하고 있습니다. 이 맥락에서 기업과 연구 기관들은 안전하고 확장 가능하며 비용 효율적인 인시투 플루오라이드 생성(예: LiF + HCl) 및 용융염 에칭 전략을 개발해 왔습니다. 예를 들어, 유럽 특허청(EPO)에 따르면 HF-free 에칭과 관련된 특허 지형이 2020년부터 2023년까지 64% 증가했으며, 이는 산업계의 강한 관심을 반영하고 있습니다.
  
• 미충족 에너지 저장 응용 분야에서의 수요 증가: MXenes, 특히 Ti₃C₂T_x와 Nb₂CC는 고율, 대용량 에너지 저장 기술이 필요한 시장의 공백을 전략적으로 채우기 위해 위치하고 있습니다. 리튬 이온 배터리가 에너지 저장 분야를 주도했지만, 전력 밀도, 충전 시간, 수명 주기 등의 한계가 시장 진출을 가로막고 있습니다. MXene은 금속적 전도성, 확산 장벽이 낮고 친수성 표면 특성을 결합하여 초고속 충/방전 성능과 장기적인 안정성을 동시에 제공할 수 있습니다.
  
• MXene 혁신에 대한 정부 자금 지원 컨소시엄: 중국 과학기술부(MOST)는 2021년부터 2023년까지 MXene 연구에 약 4,000만 달러를 투자했습니다. EU 그래핀 플래그십 프로젝트와 한국 국가 나노기술 이니셔티브도 2D 소재 정책의 일부로 MXene을 포함시켰습니다. 모든 사례에서 상향식 접근법이 적용되어 학계-산업 협력, 특허 활동, 기술 인큐베이터 및 라이선싱 프로그램을 통해 MXene의 초기 상업화를 촉진하고 있습니다.
  
• 기능화 및 맞춤화를 통한 응용 분야별 MXene: MXene 연구개발에서 특히 두드러진 추세는 표면 기능화 및 응용 분야 최적화된 MXene으로, 다양한 산업 분야(전자기파 차폐부터 의료 기기까지)를 타겟으로 합니다. 연구는 사용자 서비스 목표에 대한 특이성을 높이기 위해 제어된 종결 그룹(–O, –OH, –Cl, –Br)과 다층 헤테로구조에 초점을 맞추고 있으며, 제품의 안정성을 개선하고 있습니다.
  

MXene (2D 카바이드 나이트라이드) 시장 분석

구성별로 시장은 단일 원소 M-사이트 MXene, 다원소 M-사이트 MXene, X-사이트 구성, 표면 종결로 나뉩니다. 단일 원소 M-사이트 MXene 세그먼트는 2024년 3,470만 달러, 2034년 9,8990만 달러의 수익을 기록하며 연평균 성장률 35.4%를 보였습니다.

• 단일 원소 M-사이트 MXene 세그먼트는 MXene 구성 유형 중 시장 점유율이 가장 높습니다. 그 이유는 합성 가능성과 다양한 응용 분야에서의 우수한 성능이 입증되었기 때문입니다. 현재 상용화되거나 개발된 대부분의 MXene 제품은 Ti-MXene을 기반으로 하며, 특히 Ti₃C₂T_x가 가장 널리 연구된 MXene입니다. 명확한 합성 경로, 재현성, 입증된 성능이 Ti-MXene을 산업화 단계로 이끌었습니다.
  
• 성능 측면에서 단일 원소 MXene(M= (예: Ti₂C, Ti₃C₂, Mo₂C, & Nb₂C))은 높은 전자 전도도(>10,000 S/cm), 조절 가능한 표면 화학, 다양한 산화 상태 등 우수한 특성을 보입니다. 이러한 특성은 초전지, 리튬 이온 배터리, 전자기파 차폐, 바이오센서 등 산업의 수요가 높은 분야에서 적합한 후보로 만듭니다.
  
• 현재 대부분의 신소재 과학 및 표면 기능화 작업(예: 불소 프리 합성 기술, 산화 저항 개선 방안, 폴리머-MXene 복합체)은 이 범주에 속합니다. 이러한 소재는 수정 또는 응용 분야별 MXene의 기본 템플릿 역할을 하며, 상업적 및 학문적 중요성을 높이고 있습니다.
  
• 이 카테고리는 비용 효율성 때문에 가치 있는 것으로 평가됩니다. MAX 상은 티타늄과 몰리브덴을 기반으로 한 것으로, 탄탈(Ta), 하프늄(Hf) 및 희귀 고엔트로피 화합물과 비교해 상대적으로 저렴하고 전 세계적으로 쉽게 구할 수 있습니다. Ti 기반 MXene의 제조 방법과 프로토콜은 수율을 높이고 안전성을 개선하며, 대량 생산 및 상업화를 목표로 하는 제조 비용과 위험을 줄이는 데 기여합니다.
  

응용 분야별로, MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장은 에너지 저장 및 변환, 전자 및 통신, 환경 및 수처리, 의료 및 헬스케어, 자동차 및 교통, 항공우주 및 국방 분야로 나뉩니다. 2024년에는 에너지 저장 및 변환 분야가 주요 시장 점유율을 차지했으며, 39.8%의 점유율을 기록했습니다.

• Ti₃C₂T_x 및 Nb₂C와 같은 2D MXene은 높은 금속 유사 전도성, 산화환원 활성 표면, 이온을 삽입할 수 있는 큰 층상 구조를 결합한 최적의 조합을 보여주며, 이는 빠른 이온 전달 및 고표면 용량의 전하 저장에 적합합니다.
  
• 리튬 이온 및 나트륨 이온 배터리에서 MXene은 저열역학적(또는 확산) 장벽(~0.017 eV for Li⁺)과 강력한 pseudocapacitive 특성을 바탕으로 고용량 음극으로 제안되었습니다. 연구에 따르면 Ti₃C₂T_x 음극은 380-450 mAh/g의 특정 용량과 2000회 이상의 주기성을 달성했습니다.
  
• 초전지 시장 세그먼트도 MXene이 초고용량 전극 용량(~1500 F/cm³)을 가능하게 함으로써 고영향 하위 세그먼트로 간주됩니다. 특히 현재 설계 및 공간 요구 사항에 따라 활성탄을 능가하며, 재생 브레이크 시스템 및 전력망 균형용 하이브리드 장치로의 전환이 이루어지고 있습니다.
  
• 또한, 유연한 웨어러블 초전지용 MXene 기반 잉크에 대한 혁신도 소비자 전자 및 IoT(IoT) 시장에서 주목받고 있습니다.
  

북미 MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장

• 미국은 2011년 MXene의 탄생지인 드렉셀 대학교를 포함한 MXene의 기초 연구 분야에서 선도적인 역할을 계속하고 있습니다. 미국 혁신 생태계는 여전히 지적 재산권, 군용 제품의 응용 분야, 환경 안전과 호환되는 확장 가능한 합성 경로를 개발하는 데 중점을 두고 있습니다.
  
• 정부 자금 지원은 결국 국방급 응용 분야를 촉진하는 MXene 연구를 계속하고 있습니다. 에너지부(DOE), NSF, DARPA와 같은 기관은 MXene 기반 EMI 차폐, 하이브리드 전원 시스템 및 웨어러블 바이오센서 개발을 위한 프로젝트에 자금을 지원했습니다.
  
• 상업 분야에서는 Adden Energy, 2D Layer, MXeneTech 등 여러 스타트업 및 딥테크 기업들이 확장 노력에 착수하고 있으며, 많은 경우 국가 연구소나 방위 기업과 협력하고 있습니다. 이러한 기업들은 반도체 및 항공우주 시스템에 적용되는 초대형 플레이크 생산을 위해 롤 투 롤 합성, HF-Free 에칭 및 파일럿 규모 생산에 주목하고 있습니다.
  

유럽 MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 시장

• 유럽의 특수 작물 시장은 지속 가능성, 추적 가능성, 유기농 생산에 강하게 집중되어 있으며, 프랑스, 독일, 이탈리아 등 국가들이 선두를 맡고 있습니다. 올리브 오일, 유채 오일, 아마씨 오일 등 다양한 특수 오일이 수요가 증가하고 있으며, EU의 공동 농업 정책(CAP)과 그린 딜 정책은 친환경 농업 관행을 장려하여 특수 작물 생산을 지원하고 있습니다. 가공 식품 산업의 성장과 소비자의 건강 및 웰빙에 대한 인식이 높아지면서 유럽의 특수 작물 시장이 성장하고 있습니다.
  
• 동부 지역에서는 우크라이나와 루마니아가 기후 조건과 광활한 경작지가 유리한 위치에 있어 해바라기 오일과 유채 오일의 주요 공급국으로 부상하고 있습니다. 이 국가들은 농업 운영과 가공 능력을 강화하기 위해 투자하고 있으며, 이는 생산량과 품질을 향상시켜 동유럽을 서유럽 및 그 이상의 중요한 공급원으로 만들고 있습니다.
  

아시아 태평양 MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 시장

• 2024년 중국 MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 산업은 1220만 달러의 수익을 기록했으며, 2034년까지 연평균 35.9% 성장률을 기록하며 3억 6010만 달러에 이를 것으로 전망됩니다. 이는 소비 증가에 의해 주도되고 있습니다.
  
• 중국은 MXenes 산업화를 선도하고 있으며, 원료 및 제조 능력에 대한 종합적인 통제력과 정부 지원 R&D 능력을 바탕으로 하고 있습니다. 여러 기존 프로젝트는 에너지 저장, 방위, 의료 분야에 적용되는 고급 2D 폴리머, 카바이드, 나이트라이드(종합적으로 나노소재라고 불림)를 우선적으로 개발하고 있습니다.
  
• 특히 Ti₃C₂T_x-기반 분말 및 슬러리 생산의 상업적 규모 확장이 두드러지는 추세입니다. 중국 기업인 베이징 베이크 뉴 매터리얼과 스저우 투덴그 매터리얼, 대학 연구자 출신 스타트업 등에서 HF-Free 합성과 제조에 적합한 기계화학 합성을 활용한 생산을 확대하고 있습니다.

라틴 아메리카 MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 시장

• 라틴 아메리카의 특수 작물 시장은 유리한 농업 기후 조건과 수출 지향적 특성으로 성장하고 있으며, 브라질과 아르헨티나는 대두와 해바라기 오일의 주요 생산국이지만, 치아씨와 사차 인치와 같은 소규모 작물로의 전환이 이루어지고 있습니다. 지속 가능한 농업 관행과 부가 가공에 대한 정부 지원은 기존 작물과 함께 특수 작물의 성장과 발전을 촉진하고 있습니다. 브라질에서는 바이오디젤 선호와 재생 에너지 생산을 위한 정부 정책이 작물 생산에 새로운 기회를 제공하고 있습니다.
  

중동 및 아프리카 MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 시장

• MEA 지역은 다양한 지형 조건을 바탕으로 특수 작물을 생산하고 있으며, 모로코와 튀니지 등 북아프리카 국가들은 우수한 올리브 오일 생산지로 유명합니다. 정부는 생산력 향상과 수출 증대를 위해 품질 개선 및 인증 계획에 투자하고 있습니다. MEA 지역은 농업 전통과 작물에 적합한 기후를 활용해 고부가가치 특수 작물의 새로운 공급원으로 부상하고 있습니다.
  

MXenes (2D 카바이드 나이트라이드) 시장 점유율

MXenes(2D Carbides Nitrides) 산업의 상위 5개 기업은 베이크 2D Materials Co., Ltd., ACS Material LLC, 6Carbon Technology (Shenzhen) Co., Ltd., 난징 XFNANO Materials Tech Co., Ltd., 그리고 시그마-알드리치(Merck KGaA)입니다. 글로벌 MXenes 시장의 경쟁 동태는 아직 진화 중이지만, 주로 학술적 스핀오프 기업, 딥테크 기업, 그리고 미국, 중국, 유럽을 중심으로 한 고급 소재 기업들의 융합을 중심으로 형성되고 있습니다.

경쟁은 소재의 순도와 생산 규모, 특허를 통한 혁신 깊이, 저독성 합성 방법 등에서 이루어지고 있습니다. 예를 들어, Adden Energy는 초전지용 Ti₃C₂T_x 필름을 개발한 롤-투-롤 확장 가능한 제품 분야에서 선두적인 위치를 차지하고 있으며, 베이크 뉴 매터리얼스는 리튬이온 배터리용으로 최적화된 MXenes 대량 분말 공급에 집중하고 있습니다. 대부분의 기업은 연구 기관과 협력하여 관심 있는 응용 분야에 특화된 기능화를 공동 개발하고 있습니다.

시장이 아직 초기 단계인 만큼, 제품 혁신이 가격보다 더 중요합니다. 기업들은 HF(플루오린화 수소) 프리 및 친환경적인 방법 개발, 표면 종결기 조절 기술, 장치 수준의 통합 등을 연구하고 있습니다. 전략적 가치 측면에서는 혁신이 중요하지만, 특허로 구성된 공식화와 시장 진출 효율성을 위한 파트너십도 동등하게 중요합니다.

MXenes (2D Carbides Nitrides) 시장 기업

• Adden Energy: Adden Energy는 하버드 대학교의 스핀오프 기업으로, 고체 배터리와 초전지용 MXene 대량 생산 능력을 개발하고 있습니다. 이 회사는 대형 Ti₃C₂ 필름을 생산하기 위해 독자적인 롤-투-롤 합성 플랫폼을 사용하며, 전기차, 전력망 저장, HF 프리 에칭을 이용한 환경 안전성에 중점을 두고 있습니다.
  
• Beike New Materials: 베이크는 중국에서 가장 큰 상용 MXene 공급업체 중 하나로, 배터리 OEM 및 기타 나노 소재 통합업체를 위한 대량 Ti₃C₂T_x 및 Nb₂C MXene 분말을 공급하고 있습니다. 베이크는 칭화 대학교와 긴밀한 관계를 유지하며, 연구 기반 혁신과 저비용 수직 통합 모델을 결합한 산업 규모의 생산을 유지하고 있습니다.
  
• 2D Layer: 2D Layer는 EMI 차폐, 항공우주, 웨어러블 센서용 다기능 MXene 코팅을 개발하고 있습니다. 이 회사는 소재의 표면 종결기와 전도성 필름 형성 능력을 제어하는 강력한 지적 재산권을 보유하고 있으며, 미국 국방 계약업체와 협력하여 직접 응용 소재 공학을 수행하고 있습니다.
  
• Advanced Quantum Technologies: 체코의 AQT는 인쇄 전자 및 광학 응용 분야를 위한 고순도 MXene 잉크를 개발하고 있습니다. 이 회사는 EU 자금 지원 컨소시엄의 일원으로, 스마트 표면 및 IoT(사물인터넷) 구성 요소용 기능화 MXene-폴리머 복합체를 개발하고 있습니다.
  
• MXene Materials Inc.: 캐나다의 MXene Materials Inc.는 북미의 의료 및 환경 시장을 타겟으로, 센서, 약물 전달 시스템, 수질 정화용 바이오 기능화 MXenes를 개발하고 있습니다. 이 회사는 고객 맞춤형 솔루션 기반 플랫폼을 사용하여 규제 시장에서 수요가 증가하는 특수 제품 개발에 집중하고 있습니다.
  

MXenes (2D Carbides Nitrides) 산업 뉴스

• 2024년 6월, MXene Materials Inc는 임플란트 의료 센서용 첫 번째 생체 기능화 MXene 분산 제품 라인을 캐나다에 위치한 임상 진단 기업과 협력하여 출시했다고 발표했습니다.
  
• 2024년 5월, Advanced Quantum Technologies는 EU Horizon 300만 달러의 자금을 지원받아 스마트 제조 산업 분야의 IoT 센서 통합을 위한 인쇄 가능한 MXene-폴리머 전도성 잉크 개발 및 시연을 성공적으로 수행했다고 발표했습니다.
  
• 2024년 4월, 2D Layer는 미국 국방부와 기술 라이선스 계약을 체결하여 차세대 군용 항공기 플랫폼용 MXene 기반 EMI 차폐 솔루션 개발 및 시연을 완료했습니다.
  
• 2024년 3월, 고객 수요에 따라 Beike New Materials는 중국 Suzhou에 위치한 MXene 생산 시설에서 초전자 콘덴서 및 EMI 차폐용 MXene 응용 분야의 생산량을 월 250kg(약 550파운드/월)로 증가시켰습니다.
  
• 2024년 2월, Adden Energy는 롤 투 롤 코팅 방법과 고체 상태 리튬 배터리에서의 이전 활용을 통해 다시 한 번 HF-Free Ti₃C₂ MXene 필름을 파일럿 규모로 성공적으로 생산했다고 보고했습니다.

MXenes(2D 카바이드 나이트라이드) 시장 조사 보고서는 산업에 대한 심층 분석을 포함하며, 2021년부터 2034년까지의 수익(백만 달러) 및 수량(톤) 기준의 추정치 및 전망을 다음 세그먼트에 대해 제공합니다:

시장, 구성별

• 단일 원소 M-사이트 MXenes 
  • 티타늄 MXenes 
  • 바나듐 MXenes 
  • 니오븀 MXenes 
  • 몰리브덴 MXenes 
  • 기타 단일 원소 MXenes
• 다중 원소 M-사이트 MXenes 
  • 고체 용해 MXenes 
  • 정렬된 이중 M MXenes
  • 고 엔트로피 MXenes 
• X-사이트 구성 
  • 순수 카바이드 
  • 순수 나이트라이드 
  • 카본나이트라이드 
• 표면 종료 
  • 플루오린 종료 MXenes 
  • 산소/하이드록실 종료 MXenes 
  • 염소 종료 MXenes 
  • 혼합 종료

시장, 합성 기술별

• 화학적 에칭 방법 
  • 플루오라이드 기반 에칭 
  • HF-Free 화학적 에칭
• 물리적/전기화학적 방법 
  • 전기화학적 에칭 
  • 열 방법 
• Bottom-Up 합성 
  • 증기 증착 
  • 용액 기반 합성 

시장, 응용 분야별

• 에너지 저장 및 전환 
  • 전기화학적 에너지 저장 
  • 전기화학적 전환 응용 분야 
• 전자 및 통신 
  • 전자기 응용 분야 
  • 전자 부품 
• 환경 및 수처리 
  • 수정 
  • 공기 처리 
• 의료 및 헬스케어 
  • 진단 응용 분야 
  • 치료 응용 분야 
• 자동차 및 교통 
  • 전기차 부품 
  • 구조적 응용 분야 
• 항공우주 및 국방 
  • 구조 재료 
  • 전자전 응용 분야

위 정보는 다음 지역 및 국가에 제공됩니다:

• 북아메리카 
  • 미국
  • 캐나다
• 유럽 
  • 독일
  • 영국
  • 프랑스
  • 스페인
  • 이탈리아
  • 기타 유럽
• 아시아 태평양 
  • 중국
  • 인도
  • 일본
  • 호주
  • 대한민국
  • 기타 아시아 태평양
• 라틴 아메리카 
  • 브라질
  • 멕시코
  • 아르헨티나
  • 기타 라틴 아메리카
• 중동 및 아프리카 
  • 사우디아라비아
  • 남아프리카
  • 아랍에미리트
  • 기타 중동 및 아프리카