18.1 서론

이 글은 20.1, 21.1절과 같은 내용을 다룹니다.

재료 과학을 이루는 구성 성분은 무엇이 있을까요? 재료 과학의 구성 성분은 ‘구조’, ‘특성’, ‘공정’, ‘성능’이라고 할 수 있습니다. 이전 단원까지 우리는 이들 중 재료의 구조를 중심으로 배워봤습니다. 이번 단원부터는 재료의 특성을 중심으로 배워보도록 하겠습니다.

재료를 두 가지 종류로 크게 나눈다면 어떻게 나눌 수 있을까요? 이러한 질문을 받는다면 저는 “금속과 비금속”이라고 답할 것입니다. 이러한 답은 재료의 구조를 기준으로 구분한 것입니다. 하지만 다른 관점으로 바라보면 어떨까요? 재료의 특성을 기준으로 나눈다면 어떻게 나눌 수 있을까요? 답은 “구조 재료_{Structural materials}와 기능 재료_{Functional materials}“입니다.

• 구조 재료_{Structural materials}: 건축, 조선의 분야에서 이용되는 재료
• 기능 재료_{Functional materials}: 반도체 등의 분야에서 이용되는 재료

이 두가지 재료는 어떠한 특성으로 구분할까요? 이것을 알기 위해선 재료의 특성에는 어떤 것이 있는지 알 필요가 있습니다. 재료의 특성은 크게 아래와 같은 것이 있습니다.

• 기계적 특성 Mechanical Properties
• 열적 특성 Thermal Properties
• 화학적 특성 Chemical Properties
• 전기적 특성 Electrical Properties
• 자기적 특성 Magnetig Properties
• 광학적 특성 Optical Properties

이중 기계적 특성이 크게 관여한다면, 구조 재료이고, 전자기광학 특성이 크게 관여한다면 기능 재료라고 할 수 있습니다. 다만, 구조 재료에 전자기광학 성질이 관여하지 않는것은 아니니 주의해야합니다.

이번 장은 서론이니, 각각의 특성들에 대해 간략히 알아보겠습니다.

기계적 특성

• 강성_stiffness: 얼마나 부피 변형에 대해 저항하는가 (강성이 높으면 잘 변형되지 않는다)
  • 고강성: 철
  • 저강성: 폴리에틸렌
• 강도_strength: 얼마나 강한 힘을 견디는가 (강도가 높으면 잘 변형되지 않는다)
  • 고강도: 티타늄 합금
  • 저강도: 납
• 인성_toughness: 얼마나 많은 에너지를 흡수하는가 (인성이 높으면 잘 파괴되지 않는다)
  • 고인성(연성): 철
  • 저인성(취성): 유리
• 밀도_density: 단위 부피당 질량 (밀도가 높으면 단위 부피당 질량이 높다)
  • 고밀도: 납
  • 저밀도: 알루미늄

열적 특성

• 최대 서비스 온도_{maximum service temperature}: 열에 의해 변형되지 않는 정도 (높을수록 열에 변형되지 않는다)
  • High: 스테인리스 스틸
  • Low: 대부분의 폴리머
• 열팽창계수_{thermal expansion coefficient}: 열에 의해 팽창하는 정도(높을수록 잘 팽창한다)
• 열전도율_{thermal conductivity}: 열을 전달하는 정도 (높을수록 열이 잘 전달된다)
  • High: 후라이펜
  • Low: 단열 창문
• 열용량_{heat capacity}: 물질의 온도를 1K 높이는데 드는 열량 (높을수록 온도가 잘 오르지 않는다)
  • High: 구리
  • Low: 폴리어 폼
• 열확산율_{thremal diffusivity}: 온도 변화에 얼마나 빠르게 반응하는가 (높을수록 열을 더 빨리 전달한다)

화학적 특성

• 적대적 환경에 견뎌야 하는 재료_{hostile environments}
  • 부식성 유체_{corresive fluids}
  • 고열 기체 및 방사성_{hot gases or radiation}
• 환경에 내성이 필요한 재료_{tolerance to surroundings}
  • 담수/해수
  • 산성/알칼리성
  • 유기물
  • 산화물
  • 자외선

전자기광학 특성

• 전기 전도율_{electrical conduction}
• 유전율_{dielectric constant}
• 자기화_{magnetization}
• 반사_reflection, 굴절_refraction, 흡광_absorption

전자 산업이 세계 산업 규모 1위를 차지한 시점에 이러한 특성은 산업을 이해하는 기초가 됩니다. 18, 20, 21장에서는 전자기광학 특성에 대해 배워보겠습니다.

이어서 보면 좋은 자료: 전자기광학의 유래