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폴리머, 코팅 및 촉매의 혁신을 가속화하기 위한 데이터 기반 재료 정보학

Data-Driven Materials Informatics for Accelerated Polymer, Coatings, and Catalyst Innovation

발행일: | 리서치사: 구분자 Frost & Sullivan | 페이지 정보: 영문 70 Pages | 배송안내 : 1-2일 (영업일 기준)

    
    
    



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데이터 기반의 재료 정보학은 첨단 재료의 발견과 개발을 혁신하고 폴리머, 코팅, 촉매 시스템에서 혁신을 가속화할 수 있도록 돕습니다. 실험 데이터, 계산 시뮬레이션, AI 및 ML 모델을 통합하여 예측 설계, 효율적인 배합 최적화, 복잡한 재료 시스템의 신속한 스크리닝을 가능하게 하는 플랫폼입니다. 이러한 변화는 기존의 시행착오에 의한 접근 방식에 대한 의존도를 낮추고, 연구개발의 생산성을 크게 향상시키며, 개발 기간을 단축하고, 재료 성능의 성과를 향상시킬 수 있습니다.

그래프 신경망(GNN), 물리정보형 신경망(PINN), GenAI 등의 고급 모델링 기법을 통해 다성분 재료 시스템에서 구조와 물성 관계에 대한 더 깊은 인사이트를 얻을 수 있습니다. 이와 함께 고처리 실험(HTE), 로봇 실험실 및 폐루프 최적화 프레임워크를 통해 자율적인 재료 탐색 워크플로우를 실현하고 있습니다. 이러한 기능은 광범위한 조성 공간과 비선형 상호 작용으로 인해 기존의 최적화가 어려운 고분자 배합, 고급 코팅 및 비균질 촉매에서 특히 중요합니다.

재료 정보학과 고성능 컴퓨팅(HPC), 디지털 트윈, 그리고 새로운 양자 컴퓨팅 프레임워크와의 융합은 재료 모델링의 규모와 정확성을 더욱 확장하고 있습니다. 하이브리드 모델링 기법은 제1원리 시뮬레이션과 데이터 기반 추론을 결합한 하이브리드 모델링 기법을 통해 재료의 성능, 내구성 및 수명주기 거동에 대한 보다 신뢰할 수 있는 예측을 가능하게 합니다. AI 플랫폼 제공업체, 화학기업, 연구기관 간의 산업계 협력은 산업계의 연구개발 환경에 맞는 도메인 특화형 솔루션 개발을 가속화하고 있습니다.

이러한 혁신적 잠재력에도 불구하고, 머티리얼즈 인포매틱스를 도입하는 데에는 몇 가지 과제가 있습니다. 재료 데이터세트는 종종 데이터가 부족하고, 불균일하며, 독점적인 정보이기 때문에 모델의 정확성과 확장성을 제한합니다. 기존 실험실 시스템과의 통합, 높은 도입 비용, 재료과학, 화학, 데이터 과학에 걸친 다학제적 전문 지식의 필요성도 장벽으로 작용하고 있습니다. 그러나 클라우드 기반 플랫폼, 데이터 표준화 프레임워크, 사용자 친화적인 AI 도구의 발전으로 이러한 장벽이 낮아지고 있으며, 화학 및 첨단 소재 산업 전반에 걸쳐 보다 폭넓은 도입이 가능해졌습니다.

앞으로 데이터 기반의 재료 정보학은 지속가능하고 고성능의 재료 개발을 실현하는 데 있어 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다. 저탄소 촉매, 재활용 가능한 폴리머, 고내구성 코팅에 적용하는 것은 세계 탈탄소화 및 순환 경제의 목표에 부합합니다. AI, 자동화, 시뮬레이션 기술의 융합이 진행됨에 따라 소재 연구개발은 산업 전반에 걸쳐 속도, 효율성, 지속가능성을 크게 향상시킬 수 있는 자율적인 폐쇄형 혁신 생태계로 진화할 것으로 예상됩니다.

본 보고서 '폴리머, 코팅, 촉매의 혁신 가속화를 위한 데이터 기반 재료 정보학'에서는 다음과 같은 주제를 다루고 있습니다:

  • 재료 정보학 기법으로 해결할 수 있는 고분자, 코팅 및 촉매 연구개발의 주요 과제 분석
  • 재료 탐색을 위한 AI, 머신러닝(ML), 생성 모델, 하이브리드 시뮬레이션 프레임워크 등 신흥 기술 검토
  • 화학, 에너지, 자동차, 항공우주, 전자 등 산업 분야에서의 적용 사례 검증
  • 기술 제공업체, 연구기관, 파트너십 및 재료 정보학을 형성하는 혁신 동향을 포함한 에코시스템 개요
  • 첨단 소재 개발에서 데이터 기반 소재 정보 플랫폼이 제공하는 성장 기회 발굴

전략적 과제

  • 왜 성장이 점점 더 어려워지고 있는 것일까?
  • The Strategic Imperative 8 TM : 성장을 압박하는 요인
  • The Strategic Imperative 8 TM
  • MI 산업에서 상위 3가지 전략적 과제가 미치는 영향
  • 성장 기회가 'Growth Pipeline Engine'을 견인하는TM
  • 조사 방법

성장 기회 분석

  • 분석 범위
  • 세분화

성장의 원동력

  • 분자 및 활성 부위 설계에 대한 요구
  • 제형 및 성능 엔지니어링에 대한 요구
  • 프로세스 모델링 및 스케일업 통합에 대한 요구
  • 신뢰성 및 열화 인텔리전스 관련 요구
  • 라이프사이클 및 지속가능성 최적화에 대한 요구
  • 폴리머, 코팅 및 촉매 연구 개발의 주요 요구
  • 성장 촉진요인
  • 성장 억제요인

기술 분석

  • 분자 및 활성 부위 설계 기술 평가
  • 배합 및 성능 엔지니어링의 기술 평가
  • 프로세스 모델링 및 스케일업 통합에 대한 기술 평가
  • 신뢰성 및 성능 저하 인텔리전스 기술 평가
  • 라이프사이클 및 지속가능성 최적화를 위한 기술 평가
  • MI를 위한 핵심 AI 및 ML 기술
  • 데이터 인프라 및 재료 지식 시스템
  • 계산 및 자율적 발견 기술
  • 자율적인 재료 탐색을 가능하게 하는 기술 융합
  • AI를 활용한 소재 탐색 워크플로우

특허 및 공개 문헌 분석

  • 특허 개요
  • 공개 문헌 개요

이해관계자 분석

  • 생태계를 통해 탄생한 혁신적인 솔루션
  • 제조 업계의 최신 도입 사례
  • 연구개발 동향을 형성하는 최근 연구 활동
  • 대규모 개발을 추진하는 주요 파트너십

사례 연구 분석

  • AI 기반 MI로 광물성 코팅의 혁신을 촉진하는 AI 기반 MI
  • MI를 활용한 실험 최적화를 통한 코팅 연구개발 가속화
  • 재료 탐색에서 흡착 에너지 계산의 정확도와 소요 시간 비교
  • 세계 R&D 데이터 통합 및 AI를 활용한 배합 설계를 통한 마스터배치 개발
  • AI 기반 재료 데이터 인프라를 통한 잉크 배합 워크플로우의 디지털화 지원

자금조달 및 투자 분석

  • 주목할 만한 모금 활동으로 도입 가속화

애널리스트의 견해와 향후 전망

  • MI의 영향에 대한 애널리스트의 견해
  • 데이터 기반 소재 혁신의 미래 트렌드

성장 기회의 전체 그림

  • 성장 기회 1 : 양자 컴퓨팅을 활용한 촉매제 발견 플랫폼
  • 성장 기회 2 : 자율형 재료 탐색 연구소
  • 성장 기회 3 : 디지털 트윈을 활용한 소재의 적격성 평가
  • 기술 성숙도 수준(TRL) : 해설

다음 단계

  • 성장 기회의 혜택과 영향
  • 다음 단계
  • 면책사항
KSM

Data-driven materials informatics is transforming the discovery and development of advanced materials, enabling faster innovation across polymers, coatings, and catalytic systems. By integrating experimental data, computational simulations, and AI and ML models, these platforms enable predictive design, efficient formulation optimization, and accelerated screening of complex material systems. This shift reduces reliance on traditional trial-and-error approaches, significantly improving R&D productivity, reducing development timelines, and enhancing material performance outcomes.

Advanced modeling approaches, including graph neural networks (GNNs), physics-informed neural networks (PINNs), and GenAI, are enabling deeper insights into structure–property relationships across multicomponent materials systems. In parallel, high-throughput experimentation (HTE), robotic laboratories, and closed-loop optimization frameworks are enabling autonomous materials discovery workflows. These capabilities are particularly critical for polymer formulations, advanced coatings, and heterogeneous catalysts, where large compositional spaces and nonlinear interactions make conventional optimization challenging.

The convergence of materials informatics with high-performance computing (HPC), digital twins, and emerging quantum computing frameworks is further expanding the scale and accuracy of materials modeling. Hybrid modeling approaches that combine first-principles simulations with data-driven inference are enabling more reliable predictions for materials performance, durability, and lifecycle behavior. Industry collaborations between AI platform providers, chemical companies, and research institutions are accelerating the development of domain-specific solutions tailored to industrial R&D environments.

Despite its transformative potential, the adoption of materials informatics faces several challenges. Materials datasets are often sparse, heterogeneous, and proprietary, limiting model accuracy and scalability. Integration with legacy laboratory systems, high implementation costs, and the need for interdisciplinary expertise across materials science, chemistry, and data science also present barriers. However, advancements in cloud-based platforms, data standardization frameworks, and user-friendly AI tools are lowering these barriers and enabling broader adoption across the chemicals and advanced materials industry.

Looking ahead, data-driven materials informatics is expected to play a central role in enabling sustainable and high-performance materials development. Applications in low-carbon catalysts, recyclable polymers, and high-durability coatings are aligned with global decarbonization and circular economy goals. As AI, automation, and simulation technologies continue to converge, materials R&D is expected to evolve toward autonomous, closed-loop innovation ecosystems that significantly enhance speed, efficiency, and sustainability across industries.

The research study "Data-Driven Materials Informatics for Accelerated Polymer, Coatings, and Catalyst Innovation" covers the following topics:

  • Analysis of key challenges in polymer, coatings, and catalyst R&D that can be addressed through materials informatics approaches
  • Exploration of emerging technologies, including AI, ML, generative models, and hybrid simulation frameworks for materials discovery
  • Examination of applications across industries such as chemicals, energy, automotive, aerospace, and electronics
  • Overview of the ecosystem, including technology providers, research institutions, partnerships, and innovation trends shaping materials informatics
  • Identification of growth opportunities enabled by data-driven materials informatics platforms in advanced materials development

Strategic Imperatives

  • Why Is It Increasingly Difficult to Grow?
  • The Strategic Imperative 8TM: Factors Creating Pressure on Growth
  • The Strategic Imperative 8TM
  • The Impact of the Top 3 Strategic Imperatives on the MI Industry
  • Growth Opportunities Fuel the Growth Pipeline EngineTM
  • Research Methodology

Growth Opportunity Analysis

  • Scope of Analysis
  • Segmentation

Growth Generator

  • Needs Across Molecular and Active-Site Design
  • Needs Across Formulation and Performance Engineering
  • Needs Across Process Modeling and Scale-Up Integration
  • Needs Across Reliability and Degradation Intelligence
  • Needs Across Life Cycle and Sustainability Optimization
  • Key Needs Across Polymers, Coatings, and Catalysts R&D
  • Growth Drivers
  • Growth Restraints

Technology Analysis

  • Technology Evaluation in Molecular and Active-Site Design
  • Technology Evaluation in Formulation and Performance Engineering
  • Technology Evaluation in Process Modeling and Scale-Up Integration
  • Technology Evaluation in Reliability and Degradation Intelligence
  • Technology Evaluation in Life Cycle and Sustainability Optimization
  • Core AI and ML Techniques for MI
  • Data Infrastructure and Materials Knowledge Systems
  • Computational and Autonomous Discovery Technologies
  • Technology Convergence Enabling Autonomous Materials Discovery
  • AI-Driven Materials Discovery Workflow

Patent and Publication Analysis

  • Overview of Patents
  • Overview of Research Publications

Stakeholder Analysis

  • Disruptive Solutions Emerging from the Ecosystem
  • Latest Adoptions from the Manufacturing Side
  • Recent Research Efforts Shaping the R&D Landscape
  • Key Partnerships Advancing Development at Scale

Case Study Analysis

  • Advancing Mineral-Based Coatings Innovation Through AI-Driven MI
  • Accelerating Coatings R&D Through MI-Driven Experiment Optimization
  • Comparing Accuracy vs. Time in Adsorption Energy Calculations for Materials Exploration
  • Masterbatch Development Through Global R&D Data Harmonization and AI-Driven Formulation
  • Digitizing Ink Formulation Workflows Through AI-Ready Materials Data Infrastructure

Funding and Investment Analysis

  • Notable Funding Activities Accelerating Implementation

Analyst Perspective and Future Outlook

  • Analyst Perspective on the Impact of MI
  • Future-Looking Trends in Data-Driven Materials Innovation

Growth Opportunity Universe

  • Growth Opportunity 1: Quantum Computing-Enabled Catalyst Discovery Platforms
  • Growth Opportunity 2: Autonomous Materials Discovery Laboratories
  • Growth Opportunity 3: Digital Twin-Driven Materials Qualification
  • Technology Readiness Levels (TRL): Explanation

Next Steps

  • Benefits and Impacts of Growth Opportunities
  • Next Steps
  • Legal Disclaimer
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