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신소재공학
신소재공학(新素材工學)은 재료의 물리·화학적 속성을 과학적으로 규명하고 원자구조(atomic structure) 및 미세조직(microstructure)을 제어하여 특정한 물질 성질(material property)을 갖는 소재를 원하는 형태로 경제적으로 생산하는 기술을 다루는 학문이다. 재료과학이라고도 한다.
소재로 사용하는 물질은 크게 금속재료, 무기/세라믹 재료, 유기/고분자 재료로 나눌 수 있다. 재료공학에서는 적절한 공정(processing)을 통해 물질의 미세한 구조 (structure)를 조절함으로써 필요한 재료의 성질(property)을 체계적이고 과학적으로 얻게 되는데, 이들 3가지 요소인 구조-공정-성질의 깊은 연관관계에 의해 재료의 거시적 성능(performance)을 최대로 구현할 수 있다. 현대 사회는 정밀기계, 반도체 및 전기·전자, 우주항공, 환경/에너지 등 첨단산업의 발달과 더불어 급격히 변화하고 있으며, 이러한 미래 기술의 근간이 되는 분야가 바로 재료공학이다.
신소재공학은 물리, 화학 등의 기초과학과 기계, 전자, 환경 등 공학의 다양한 응용분야가 어우러진 복합적인 학문 분야로 과학과 공학의 연결 고리 역할을 하고 있으며, 국가 산업 경쟁력의 원동력으로 산업 전반에 미치는 파급효과가 매우 크다. 특히, 소위 나노기술(NT: Nano Technology), 정보통신기술(IT: Information Technology), 생명공학기술(BT: Bio Technology), 환경기술(ET: Environmental Technology), 우주항공기술(ST: Space Technology)로 요약되는 5가지 첨단 미래기술 분야에서 새로운 소재의 개발 및 응용기술은 핵심적 요소로 인식되고 있다. 또한, 정부가 제시한 우리나라의 10대 차세대 성장산업 품목 중 디스플레이(LCD, PDP, OLED), 디지털 TV, 차세대 연료전지, 지능형 로봇, 우주산업, 차세대 이동통신 등 대부분 분야가 소재 개발과 깊이 관련되어 신소재공학에 대한 관심과 수요는 빠른 속도로 증가하고 있다.
개요[편집]
신소재공학은 원자와 분자수준에서 재료의 구조, 특성, 거동 등을 탐색하고 제어하여 더욱 우수한 특성을 가진 새로운 재료를 설계하고 다양한 용도로 활용하기 위한 학문이다.
신소재공학은 물리, 화학 등의 자연과학에 기초하며 공학적인 기술을 적용해야 하는 다학제적 학문이다. 이러한 점에서 신소재공학을 영어로 표현하면 'Materials Science and Engineering' 으로 표현할 수 있다. 자연과학과 공학의 접목이 필요한 종합예술과도 같은 학문이 바로 '신소재공학'이다.
소재의 역사는 그 어떤 학문보다 오래되었으며, 지금도 계속되고 있다.
소재에 관한 연구는 오래전 사람들이 자연적으로 발생하는 재료들을 다양한 목적으로 사용하는 방법을 배울 때부터 시작되었습니다. 그러나 18세기와 19세기가 되어서야 물질에 대한 본격적인 과학적 접근이 나타나기 시작했으며 특히 19세기에 현미경과 분광학 기술의 발달로 물질의 원자와 분자구조를 관찰하게 되면서 급격하게 발전하게 되었다. 또한 20세기에 신소재공학은 급격한 성장과 발전을 이루었다. 특히 나노 기술의 발전은 원자와 분자 수준에서 물질을 설계하고 조작할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었다.
신소재공학은 무궁무진한 가능성으로 가득 차 있다.
자가 치유, 형태변화, 에너지 저장, 극한환경 소재 등 전례 없는 특성을 보유한 새로운 물질이 지속적으로 개발되고 있다. 이러한 물질을 이용해서 반도체, 웨어러블, 에너지 저장, 양자 컴퓨팅 등에 활용하여 미래를 이끌어가는 견인차로서 이제는 없어서는 안 될 모든 학문의 중추적인 역할을 감당하고 있다.
- 신소재
신소재(新素材)는 종래의 금속이나 플라스틱에 없는 뛰어난 특성을 가진 소재이다. ① 뉴세라믹스, 파인 세라믹스 ― 이미 전자재료나 기계부품의 일부로 사용되고 있으며 핵융합로, 자동차 엔진, 인공뼈 등에 대한 이용이 연구되고 있다. ② 기능성 고분자재료 ― 선택흡수, 도전성(導電性), 압전성(壓電性) 등의 특성을 갖추고 있는 고분자이다. 해수담수화 막(膜), 해수 중의 우라늄 분리, 생체재료 등에 쓰인다. ③ 복합재료 ― 플라스틱에 금속이나 유리섬유를 합쳐 강도, 전도성, 중량의 경감 등 각각 장점을 살려 항공기의 구조재 등 소재 개발이 진행되고 있다.
역사[편집]
재료과학의 역사는 인류가 도구를 사용하면서 시작되었으며, 인류의 발달과정에 지대한 영향을 끼쳤다. 따라서 재료의 발달과정이 고대의 인류문명을 나누는 기준으로도 사용되고 있다. 이는 문명의 발달 정도가 당 시대의 사람들이 사용하던 도구를 이루고 있는 재료를 통해 가늠될 수 있기 때문이다. 석기시대, 청동기시대, 철기시대와 같은 것들이 그것이며 가늠하는 방법은 다음과 같다. 구석기시대(석기 시대 초기인, 12,000년 전 플라이스토세 말기)는 단단한 데다 깨면 날카로워지는 돌이라는 재료의 성질을 이용해 만든 뗀석기를 사용하던 시기를 지칭한다. 신석기 시대(기원전 9500~9000년경 시작)는 돌을 갈면 맨질맨질한 데다 원하는 모양을 만들 수 있다는 재료의 성질을 이용해 간석기를 만들던 시대를 말한다. 청동기 시대(3500년경 시작)에는 구리와 주석을 비율을 맞춰 섞으면 단단해지는 재료의 성질을 이용해 청동, 즉 하이브리드 재료를 사용하던 시대를 말한다. 철기 시대 (鐵器時代, 기원전 1200년경 ~ 586년경)는 기원 전 13세기 경 산소에 산화된 산화철을 환원시켜 사용할 수 있게 되어 인류가 철을 사용하게 된 시기를 말한다. 현 시대 역시 재료를 보는 관점에 따라 신-철기시대, 신-석기시대, 실리콘 시대, 플라스틱 시대 등으로 구분할 수 있다. 이와 같이 재료과학의 역사는 인류가 도구를 사용하면서 시작되어 석기시대, 청동기시대, 철기시대를 거쳐 현 시대까지 이어져 오고 있다.
연구에서의 재료과학[편집]
재료과학은 연구자들로부터 많은 관심을 받아왔다. 거의 대부분의 대학에서, 그리고 재료과학 연구에서 재료과학 부서와 더불어 물리와 화학분야 그리고 화학 공학에 이르기까지 많은 부서들이 연관되었다. 연구에서의 재료과학은 강렬하고 많은 방안들이 있다. 뒤에 나오는 목록은 철저하지 않다. 그것은 단지 특정한 중요 연구 분야를 강조하는 역할만을 한다.
나노재료[편집]
나노재료는 원칙적으로는 1~100nm사이의 10^-9m의 크기 안에 들어가는 길이 안에 속하는 물질에 해당한다. 나노 재료 연구는 나노 기술로 접근을 재료과학을 기초로 해서 하며 발전된 도량역학의 기술을 가져오며, 미세구조물 제작의 지원을 바탕으로한 합성을 가져온다. 나노 규모의 구조를 가지고 있는 물질은 보통 독특한 전자 혹은 기계적인 광학 성질을 가지고 있다. 나노 물질의 분야는 화학의 전통적인 분야같이 느슨하게 조직되어 있으며 나노 물질의 범위는 느슨하게 화학의 전통적인 분야 같은 fullerenes와 무기 나노 물질 다른에 따라 같은 유기(생각으론)는 나노 물질로 조직화된다. 실리콘과 같은 요소. 나노 물질의 예로는 fullerenes, 탄소 나노 튜브, 나노 결정체 등을 포함한다.
컴퓨터를 이용한 재료 과학 그리고 재료 이론[편집]
컴퓨터의 힘을 사용하는 일이 증가하며, 또 재료의 반응의 자극이 가능해졌다. 이것이 새로운 재료들을 설계해주었을 뿐만 아니라 이전에는 알려지지 못했던 재료과학의 특성을 발견하도록 해주었다. 여태까지, 새로운 재료들은 시간을 소모하고 오류정정과정을 통해서 발견되었다. 그러나 이제 컴퓨터적인 기술이 급진적으로 시간을 줄일 것으로 예측되며, 그리고 우리가 재료의 특성을 맞추는 것을 가능하게 해 줄 것으로 예측된다. 이것은 모든 길이의 규모로, 예를 들면 밀도함수이론, 분자동력학 같은 방식을 포함해서, 물질을 자극하는 것을 수반한다.
재료공학과 신소재공학[편집]
Materials Science & Engineering(MSE)이라는 용어는 국내에서 주로 '재료공학'과 '신소재공학' 두 가지로 불린다. 두 가지 이름 때문에 교육과정에 차이가 있는 것은 아니며 학과의 이름보다는 각 학과 교수의 전공, 전문분야 등에 따라 학과 교육과정이 다를 수 있다.
기본적으로 재료가 한국어에서 가장 온전한 Materials의 대응어이므로 해당 학과명을 사용한다. '재료'공학이라는 이름이 음식 재료 등을 떠올리게 하거나 수준이 낮아 보일 수 있으며, 영어 Materials와 한국어 재료가 가진 의미나 뉘앙스가 완전히 같지 않다는 점에서 재료라는 번역어가 온전하다고 하기는 어렵다.
재료공학이 가진 학과명이 충분히 만족스럽지 못하다고 여기는 경우 신소재공학을 사용한다. 또한 최근에는 기성재료를 벗어난 신소재에 대한 연구가 중요한 주제 중 하나로 자리잡고 있다.
그러나 신소재의 개발 및 연구라는 것은 재료공학에서 다루는 많은 영역들 중 단지 한 부분일 뿐이기 때문에 재료공학이 갖는 본연의 임무를 온전히 표방하지 못하는 학과명이라는 비판이 있다. 특히 원어와 비교하면 재료공학보다 오히려 더욱 거리가 먼 번역인 셈이다. 솔직하게 말하면 위에서 말한 이유들은 다 핑계에 불과하고 다른 많은 학과들이 그랬듯이 고등학교 수험생들에게 좀 더 딱딱하지 않고 신세대 느낌으로 보이도록 어필하고 싶은 이유가 더 크다.
하지만 서울대 만큼은 명칭에 상관없이 영재고와 그 외 등에서 최고 수준의 고등학생을 수급할 수 있고, 이미 서울대에 지원할 수준이면 재료공학 분야에 대해 자세히 알아보기 때문에 재료공학이라는 이름을 유지하고 있다.입결에 영향을 주기에 카이스트, 포항공대등 서울대 밑의 학교는 할 수 없는 결정이다
재료공학에서는 크게 금속, 세라믹, 고분자를 다룬다.
하지만 현재 한국에서 일반적인 신소재공학과(재료공학과)에서는 금속과 세라믹 같은 무기재료를 주로 다룬다.
고분자 같은 유기재료는 신소재공학과에서 다루기도 하지만, 그보다는 고분자공학과(유기소재공학과)나 섬유공학과에서 더욱 전문적으로 다루는 경우가 많다.
학교와 학과에 따라 중점을 두는 재료가 다르기 때문에 학과명보다는 그 학과의 커리큘럼을 살펴보고 어떤 재료를 중점적으로 다루는 학과인지 개별적으로 판단해야 한다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
