재료이야기 #02. 재료공학을 알아보자

재료공학을 알아보자!

생각보다 두 번째 포스팅이 늦어졌네요!! 이번 시간에는 우리가 앞으로 계에에에속 다룰 재료공학이 도대체 어떤 학문인지 알아보도록 하겠습니다.

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재료공학부요..?? 요리 하는 과에요..??

지난 포스팅에서도 언급했듯이 제 전공을 말하면 예상 외로 참 많이 듣는 질문이랍니다. 재료공학부에서 다루는 재료가 뭔지를 잘 이해하기 위해 서울대 재료공학부의 역사를 사알짝 볼까요??

 

                                                                 (사진 출처 : 서울대학교 재료공학부 홈페이지)

 

네!! 보기 좋은 그림이네요. 지금의 재료공학부는 과거의 금속공학과, 무기재료공학과, 섬유공학과, 이렇게 3개의 과가 합쳐져서 생긴 학부입니다. 그렇다면 재료공학에서 주로 다루는 3대 재료가 무엇일지는 쉽게 알 수 있겠죠? 바로 금속재료, 세라믹재료, 고분자재료입니다. 최근에는 금속과 고분자, 혹은 금속과 세라믹을 원자나 분자 레벨로 혼합하여 만든 하이브리드 재료라는 것도 있고, 사용되는 분야에 따라서 에너지 재료, 바이오 재료 등으로 이름 붙이기도 하지만, 주로 금속, 세라믹, 고분자를 다루는 학문이라고 볼 수 있습니다.

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재료가 그렇게 중요한가요..?

이건 확실히 대답할 수 있을 것 같습니다. Of Course!! 우리 과를 설명하시는 교수님들이 참 많이 쓰는 레퍼토리인데 저도 써보겠습니다. 인류의 역사는 흔히 어떻게 나누나요? 그쵸.. 석기시대, 청동기시대, 철기시대.. 이렇듯 우리는 문명을 구분할 때에 당시 인류가 사용하던 재료를 이용합니다. 특별한 기술을 얻은 것이 아니더라도, 단순히 더 나은 재료를 사용하는 것만으로 인류에 어마어마한 발전이 일어나기 때문이지요. 네.. 뭐 추가 설명이 필요할까요? 교수님들이 왜 이 얘기를 좋아하시는지 알겠네요..
재료의 중요성을 설명할 또 다른 예시는 바로 비행기입니다. 저는 중3 기술가정 시간에 이 내용을 배운 후 완전 재료분야에 꽂혀 버렸다는 소설을 자기소개서에 썼는데요. 비행기를 잘 뜨게 하려면 되도록 가벼우면서 가공이 쉬워야하기 때문에 초기에는 목재로 제작을 했습니다. 하지만 여객 수송이나 전쟁 시 사용하기에는 강도가 너무 아쉬웠지요. 그 때 딱! 강철과 강도는 비슷하면서도 비중은 1/3 밖에 안 되는 알루미늄계 합금 두랄루민이 개발되어 비행기 산업에 혁명적인 발전을 가져오게 되었답니다. 비행기뿐만 아니라 모든 산업에서 재료가 사용되기 때문에 재료분야의 중요성은 이루 말할 수 없을 정도지요!!

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재료과학..? 재료공학..?

인터넷이나 시중의 전공서적들을 보면 재료과학이라고 쓴 곳도 있고 재료공학이라고 쓴 곳도 있어요. 그렇다면 과연 재료 분야는 과학일까요? 공학일까요? 정답은.. 저도 모르겠어요ㅎㅎ 서울대 뿐만 아니라 아마도 전 세계 모든 대학에서 공과대학에 속해있긴 하지만, 재료공학은 영어로 Materials Science & Engineering, 다시 말해 science이기도 하고 engineering이기도 합니다. 어쩌면 둘 중 하나를 고르라는 질문이 틀렸을 수도 있겠네요. 이렇게 재료공학은 과학과 공학을 이어주는 오작교 역할의 학문으로, 어찌 보면 공대에서 가장 덜 공대스러운(?) 분야입니다. 이 이유는 밑에서 보도록 하죠. 암튼, 기 모 과에서는 멋진 헬리콥터를 만들고 컴 모 과에서는 까리한 앱을 만들 때, 우리 재료공학부에서는 눈에 확 드러나는 무언가를 만들기가 힘들어서, 일반인들이 재료공학이라는 학문을 잘 모르는 것 같기도 해요. ㅎㅎ 저도 며칠 전에 들은 건데, 이런 이유 때문에 서울대 공대의 과학 축전 대회에서는 재료공학부의 연구만 따로 평가를 한다고 하네요.. 삼천포로 더 빠지기 전에 다음 내용으로~

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재료공학 연구는 어떠한 방식으로 이루어지나요?

네. 위에서 재료공학이 오작교 같은 학문이라고 말씀드린 이유가 바로 여기서 설명되겠군요. 재료공학 연구는 크게 3개의 단계로 구성된다고 볼 수 있습니다.

1. 재료의 미시적 성질 연구
2. 재료의 거시적 성질 연구
3. 실제 산업에의 활용

우선 미시적 성질이라는 건 재료의 원자 단위 구조라든지 원자의 배열 같은 걸 예로 들 수 있을 것 같습니다. 금속에서 원자들이 어떤 식으로 배열되어있는지, 합금에서는 B원자가 A원자 사이에 어떻게 끼어들어가 있는지, 세라믹의 결정이 어떤 형태인지, 고분자에 어떤 작용기가 붙어있는지 등을 예로 들 수 있겠네요. 이러한 미시적 성질은 재료를 이루는 성분뿐만 아니라 어떤 식으로 공정을 하는지에도 큰 영향을 받기 때문에 매우 흥미로운 부분이에요. 이건 나아아중에 다뤄볼게요.
이러한 미시적 성질에 의해서 발생하는, 우리가 직접 확인할 수 있는 성질을 거시적 성질이라고 할 수 있습니다. 재료에 힘을 가했을 때 얼마나 변형이 일어나는지, 어느 정도의 힘을 받았을 때 재료가 부러지는지, 열을 받으면 어떻게 변하는지 등등 다양한 성질들이 있겠지요? 이를 우리는 흔히 물성이라고 부르고, 전기적 성질, 자기적 성질, 광학적 성질, 역학적 성질, 열적 성질 등으로 구분할 수 있습니다.
마지막으로 이렇게 재료의 거시적 성질을 실제 산업에 활용함으로서 재료공학의 연구가 마무리됩니다. 위에서 설명 드린 것처럼, 두랄루민이 비행기 제작에 사용된 예시를 생각하면 이해가 쉽겠네요.
이렇게 재료공학은 미시적인 부분에서부터 실제 활용까지 매우 넓은 분야를 아우르기 때문에 공부하기가 만만치 않은 것은 사실입니다. 금속, 세라믹, 고분자의 미시적인 성질을 공부하기 위해서는 무기화학, 유기화학, 양자역학 등의 지식이 필요하고, 전기, 자기, 광학, 역학, 열 등에 대한 재료의 거시적 성질을 공부하려면 다양한 물리적 지식도 필요하죠. 게다가 바이오 재료를 좀 공부할라 치면 세포생물학 등의 생물학 지식까지.. 실제로 작년에 동아리 방에서 유기화학과 고체역학을 동시에 공부하고 있는 제 모습을 보며, 동아리의 자연대 형들이 “너희 과는 진짜 대단한 과다”라며 경악하시기도 했죠..
암튼 이러한 학문적 특징 때문에 서울대 재료공학부에서는 우주에서 나노까지라는 아주 거창해 보이는 슬로건(?)을 가지고 있습니다. 하지만 위에서 설명 드린 재료공학의 특징을 이해하셨다면 이 슬로건이 그렇게 과장되어보이지는 않을 거에요.. ㅎㅎ

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포스팅을 마치며..

드디어 민시키의 생활 속 재료이야기의 서론이 끝이 났습니다. 지금까지의 포스팅을 통해 재료공학이 어떤 분야인지 대충 감이 오셨으면 좋겠습니다. 다음 포스팅부터는 본격적으로 재료공학적인 내용을 다루도록 하겠습니다!!! 그럼 다음에 봅시당~