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최근 수정 시각 : 2022-04-16 20:12:24

재료공학

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1. 개요2. 역사3. 재료공학의 연구분야
3.1. 기초과학3.2. 재료의 성질3.3. 재료의 사용 목적3.4. 공정
4. 관련 문서

1. 개요

/ Materials Science and Engineering

물질의 미시적 구조(structure)에 기인하는 거시적 성질(property)을 이해하고, 그 이해를 토대로 적합한 공정을 적용하여(processing) 원하는 성능(performance)의 재료를 얻기 위한 학문이다.

실제로 배우는 내용을 중점으로 설명하자면, 응집물질 물리학(고체물리학)을 중심으로 화학공학, 결정학 등을 합친 학문이다.

Materials Science and Engineering이라는 명칭에도 나오듯이, 재료공학은 공학의 범주로 분류되기도하지만 재료의 물성 그 자체에 대한 탐구를 응용 못지않게 중요하게 여기는, 사실상 자연과학인 분야이다. QS 대학평가에서는 Materials Science[재료과학]로 자연과학으로 분류되어 있다.

2. 역사

본디 독립적인 분야로 되어 있는 전공은 아니었으나, 1953년 미국의 노스웨스턴 대학교에서 금속공학 전공 대학원을 설립한 것을 시발점으로 하여 재료공학이라는 학문이 만들어지게 되었다. 현재 우리나라의 각 대학 재료공학과 교수들 및 포스코 등 철강 관련 대기업 연구소의 고위 연구원들의 상당수가 바로 노스웨스턴 대학교 금속공학과 대학원 출신이다. 원래 금속공학( 야금학)은 재료공학이라는 말이 생기기 전부터 발달된 학문이었고, 19세기부터 금속공학은 이미 정립된 학문분야였다. 그러나 금속뿐만 아니라 신소재 개발이나 연구를 위해 여러 학문의 지식을 하나로 엮는 일을 필요로 했는데, 당시 노스웨스턴 대학교에서 이를 처음으로 시행하였고 인정받았다.

21세기에 뜨거운 감자로 부상한 나노공학이나 나노과학 역시 재료공학이 연구하고 있다. 이렇게 넓은 범위에서 활동하다 보니 자연스럽게 여러 학문들과 영역을 겹칠 때가 많이 생기며 특히 물리학 화학의 경우는 재료공학과 분리될 수가 없다. 특히 결정구조와 관련된 연구가 많으므로 고체물리에 관해서는 많은 지식은 필수적이며 나노구조물을 연구할 때에는 양자역학에 대한 많은 지식도 필요하다. 이후 위상부도체가 조명되면서 위상수학까지 파야 되는 경우도 생긴다.[1] 따라서 대학교 졸업 후, 석사나 박사 과정을 하다보면, 어느 순간 자신이 재료공학과인지 다른 과인지 헷갈리는 경우도 제법 있다.[2] 혹은 반대로 화학과나 물리학과 출신 재료공학 교수들도 흔히 찾아볼 수 있다.

재료공학이 많이 활용되는 산업으로는 철강, 반도체[3], 디스플레이, 태양전지, LED, 2차 전지 산업 등이 있다.

3. 재료공학의 연구분야

다루는 재료 그 자체의 분류에 따라 금속재료, 무기재료(세라믹), 유기재료 및 복합재료(composite) 등으로 분류할 수 있다. 다만 이 분류는 잘 쓰이지 않는다. 실제 설계에 있어서 한가지 종류의 소재만 쓰는 경우는 드물기 때문이다. 그래서 재료를 사용하는 목적을 기준으로 구조재료, 전자재료, 에너지재료, 생체재료 등으로 나누는 편이다.

3.1. 기초과학

3.2. 재료의 성질

3.3. 재료의 사용 목적

3.4. 공정

4. 관련 문서



[1] 고체물리, 양자역학, 위상부도체 등은 전자재료에서 주로 다루는 학문과 주제다. 금속, 유기, 생체분야 등 다른 분야를 위한 공부는 또 다르다. [2] 전자재료를 연구하다 보면, 자신이 전자공학인지 재료공학 인지 구분하기가 어려울 정도. 생체재료를 연구할 경우, 생명공학과 구분이 모호해진다. 물론 재료공학에서는 앞서 말했듯 결정구조나 열역학을 베이스로 많은 공부를 하기에 차이가 있다. [3] 회로 설계가 아닌 공정이나 차세대 메모리 등 [4] Vienna Ab-initio Simulation Package. DFT 계산에 관련해서 가장 높은 사용률을 보이는 소프트웨어다. 일본애들 빼면 대부분 VASP 쓴다. 5.4.1 부터는 GPGPU도 된다. [5] 이 둘은 VASP처럼 DFT 계산에 주로 쓰이며 소스가 공개된 자유 소프트웨어다. [6] 계산화학 분야에서 더 유명한 제일원리(DFT, 파동함수 기반 모두) 계산 프로그램이지만 재료공학에서도 사용된다. 물질의 전자 분포를 원자 오비탈로 표현하는데 재료공학에서는 주로 결정을 다루기 때문에 원자 오비탈보다는 주기적인 평면파를 사용하는 소프트웨어가 보통이다. [7] 분자동역학