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역사를 석기·청동기·철기 시대로 구분하는 기준은 무엇일까? 바로 생활양식을 바꿔버린 새로운 ‘재료’다. 새로운 재료는 시대 패러다임을 바꿀 만큼 영향력이 엄청나다. 다음 세대를 명명할 새로운 재료는 무엇일까? 열쇠는 바로 ‘재료공학’에 있다.

1 재료공학이 뭐죠?

재료공학은 보고 만지며 쓰는 주변 모든 것들의 기본이 되는 ‘재료’를 다루는 학문이다. 구체적으로 말하면, 물질을 이루는 재료의 본질을 구명하고 이해해 재료의 특성을 극대화하는 응용 분야를 연구한다.

재료공학에서는 재료의 미세 구조를 조절해 원하는 성질을 얻는다. 이때 미세구조(structure), 공정(proce ssing), 성질(properties)을 ‘재료의 미시적 이해’라고 하며 이것에 의해 거시적 이해인 성능이 결정된다. 즉, 각각 미시적 요인들이 최대가 됐을 때 재료가 최대의 성능을 발휘한다. 재료공학에서는 필요한 성능을 얻을 수 있도록 이 세 가지를 중점적으로 연구한다.

2 어디에 사용되나요?

재료공학에서 연구하는 재료는 크게 금속재료, 고분자재료, 세라믹 재료로 나뉜다.

금속재료는 지금까지 연구하던 철보다 가볍고 단단한 금속인 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등의 금속과 그들의 합금으로 관심사가 옮겨가는 추세다. 자동차, 비행기, 선박, 다리나 건물 속 건축 자재 등에서 찾아볼 수 있다.

고분자재료는 간단한 원자 집단들을 중합해 합성한 소재료공학재로 플라스틱과 비닐, 섬유, 고무 등이 있다. 콘택트렌즈나 전도성 플라스틱을 이용한 휘어지는 디스플레이 등도 고분자를 이용한다.

세라믹 재료는 유리나 도자기 같은 규소(Si) 산화물이나 금속 산화물로 이뤄진 물질을 뜻한다. 현대 세라믹은 반도체, 광섬유, 우주선 발사용 내열제 등에 쓰인다.

이 밖에도 인공장기와 바이오센서용 나노물질 등에 쓰이는 바이오 재료와 반도체, 액정, 광섬유를 포함하는 전자재료 등이 있다.

3 어디에 있어요?

전국의 수많은 대학에서 재료공학을 가르친다. 서울대에는 ‘재료공학부’, KAIST, 포스텍, 연세대, 고려대 등 많은 학교에서는 ‘신소재공학부(과)’가 있다. 화공재료공학부, 나노신소재공학부, 고분자공학과 등 학과가 모두 재료공학을 가르치는 학과다.

4 뭘 배우나요?

‘재료공학개론’에서는 원자구조와 결합, 결정성 등 기본개념과 이로 인한 재료의 기계적, 전자기적, 광학적 성질을 배운다. ‘결정구조학’에서는 결정 구조와 물질의 성질과의 관계와 회절 이론을, ‘유기재료화학’에서는 유기화합물의 구조, 반응 및 합성을 다룬다. 이외에 재료의 조성과 구조에 대한 분석을 위한 ‘기기분석’, 공정 설계법과 제어법을 배우는 ‘공정제어’ 등이 있다.

5 어떤 학생을 원하나요?

재료에 대한 지식뿐만 아니라 응용 분야에 대한 지식도 필요하기 때문에 공학과 기초과학에 대한 전반적인 관심이 있어야한다. 예를 들어, 반도체 소자 재료를 연구하고 싶다면 반도체의 동작 원리에 대한 이해가 선행돼야 적합한 재료를 설계할 수 있다. 습득해야할 지식의 양이 매우 방대하다. 넓은 분야에 두루 관심을 갖고 연구할 수 있는 자세가 요구된다.

6 졸업 후 대학원에 진학하고 싶은데요?

대학원에서는 세부 전공을 선택해 좀 더 전문적이고 집약된 분야를 연구한다. 앞서 언급했던 바이오 재료, 전자재료뿐만 아니라 에너지 재료, 환경재료, 나노 재료, 우주항공재료 등 다양한 분야가 있다. ‘에너지 재료 및 환경재료’에서는 화석 에너지 고갈을 해결할 수소 저장 합금이나 연료전지, 리튬 이온 배터리 등의 효율 향상, 태양광 소재 또는 압력에 의해 전력을 생성하는 압전소재도 연구 한다. ‘나노 재료’에서는 물질이 나노(10억분의 1) 크기에서 거시적인 성질과 다른 성질을 나타냄을 이용해 철보다 강한 탄소나노튜브나 꿈의 신소재 그래핀 등 기존에 있던 재료를 뛰어넘는 신소재를 연구한다.

7 취업을 선택하면요?

모든 공학 분야가 재료를 기반으로 한다. 때문에 재료공학 전공자를 원하는 곳은 많다. 제철, 반도체, 전자, 디스플레이, 석유화학, 자동차, 조선 등 다양한 분야로 진출할 수 있다. 대표적인 기업으로는 포스코, 삼성전자, LG 디스플레이, 현대자동차 등이 있다. 아울러 국·공립 및 기업 연구소, 학교 등에서 연구할 수 있다.