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쓸모의 과학, 신소재 - 세상에 이로운 신소재 이야기
조용수 지음 / 교보문고(단행본) / 2024년 4월
평점 :

안녕하세요 스웨터곰 입니다.
과거로부터 지금까지, 그리고 미래에도
인간의 호기심에 의해 또는 대체할 소재에 대해
계속해서 연구와 개발이 이뤄지게 되는데요.
소재에 대한 연구와 개발은 현재진행형이기도
하지만 끊임없이 고민하고 연구함으로서
신소재들이 발견되고 만들어지는 것 같습니다.
쉽게 생각하면 우리가 평소에도 일상 속에서
접하게 되는 주거환경의 재료나 의류의 소재,
빛이나 전기에 대한 그 모든 것들이 이전보다는
더 효율적이고 비용절감에도 좋으면서 환경적인
요인까지 고려하여 만들어지는 그 모든 것
들이 말이죠. 과학이야기는 언제들어도
흥미로운데 신소재에 대한 이야기라니
더욱 호기심이 생겨 읽어보았습니다.

이 책을 쓰신 분은 조용수 박사님으로
미국 듀폰 연구소에서 연구원으로 재직하시다
연세대 신소재공학과 교수로 부임하셔서
현재는 학부대학 학장을 맡고 계시다는군요.
다수의 우수강의 교수상 및 우수연구업적
교수상을 수상하셨고 한국 세라믹학회
부회장을 역임하고 전자 세라믹스 분야의
권위자로 알려지신 분이라고 합니다.
학문적으로 신소재 분야는 재료과학과
재료공학이 공존의 상태로 보는데 일반적으로
공학이라는 것은 과학이론을 바탕으로 가치를
창출하는 것을 배경으로 하기에 실제 사용되거나
응용을 목적으로 연구된다는 부분에 있어서
신소재 공학분야 역시 우리 일상생활에서
밀접하다고 할 수 있다는군요.
우리도 과학에 관심이 없어도 한번쯤은
들어봤을 법한 세라믹, 금속, 폴리머 소재,
반도체, 나노, 탄소, 복합체 소재 등등에
대해 설명해주고 있어 흥미롭더라구요.

인류가 생활하고 역사를 거치며 현재 우리가
사용하고 있는 소재들은 끊임없는 개발의 결과물
이자 발전을 통해 인위적으로 생성되거나 개선된
것이라 합니다. 다양한 원료 소재가 확보되면
일정한 가공공정을 거쳐 우리 눈에 보이는
형태로 물체로 보여지게 되는 것이라고 말이죠.
학문적으로 신소재 분야에서는 주로 고체가
연구 대상이자 이 책에서도 중점으로 다루고
있습니다. 공학 분야에서 다루는 소재는 금속,
세라믹, 폴리머로 구분된다는데 아직까지도
시도되지않은 무수한 조합을 연구하고 있다네요.
소재를 분류하는 형태로는 금속, 세라믹,
폴리머와 같이 유형별로 나뉘기도 하지만
소재의 형태 벌크, 필름, 분말, 선으로 분류
되기도 하고 전기전도도에 따른 도체, 반도체,
절연체와 같이 분류되기도 한다고 합니다.

신소재 분야는 수학과 물리, 화학 등의 기초
학문을 기반으로 발전한 융합한 형태의
학문인데 소재의 구성을 이해하기 위해서는
원자 단위부터 시작해야한다고 합니다.
원자는 화학적 주기율표에 나와있는 원소와 같이
산소, 수소, 탄소와 같은 것들을 지칭하는 것이고
우리 주변의 모든 소재, 물질은 특정한 규칙을
가지고 규정된 위치를 띄고 있는 수많은
원소로 이루어져 있는 것이라고 합니다.
현재 밝혀진 바로는 118개의 원소가 존재하고
지구상에 존재하는 원소는 94개라고 합니다.
나머지 원소들은 지구에 없는 원소들을 인위적인
조건에 의해 형성되어 찾아낸 것이라고 하네요.
또한 과학적인 설명이지만 원자간 평형거리와
결합 에너지는 소재마다 다르기에 이것은
실제 재료가 얼마나 강한지 가늠하는 척도로
작용한다고 합니다. 고체 재료는 많은 원자 사이의
결합 유형에 따라 다양한 형태의 물질이 만들어
지기에 이것을 크게 4가지 유형으로 구분하여
공유,이온,금속,반데르발스 결합이라 부른다는군요.

세라믹은 무기질 고체재료로 점토의 방식으로
만들어져 모양을 내는데 보통 고온에서 열이나
압력, 화학반응에 잘 견디는 소재라고 합니다.
전자부품에 사용되는 기능성 세라믹 소재를
별도로 전자세라믹스라고 하는데 콘덴서,
저항기, 인덕터, 트랜스듀서와 같은 전자부품
이나 각종 센서에 사용된다고 합니다.
화학적 안전성과 강한 마모 저항 등으로
생체 재료로 바이오세라믹스라 불리는 영역이
존재한다는데 다공질 뼈, 관절, 인공치아 등
인체 임플란트를 위한 대체 및 결합유도
소재로 활용되고 있다고 합니다.
유리, 안경렌즈, 글라스세라믹 소재, 유리섬유
케이블, 시멘트, 슬레이트, 콘크리트에 대한
설명도 이어지는데 만들어지는 과정을
알 수 있어 유익하게 다가왔습니다.

물체를 당기고 밀어내는 힘이 작용하는 것을
자성이라 하는데 현재에 이르러서 원리가
이해되고 있지만 아직도 초전도체에 대해서는
미스테리함을 안고 연구 중에 있다고 합니다.
자석은 N극과 S극으로 이뤄져 어떻게 접촉
하느냐에 따라 서로 당기거나 밀어내는
작용을 하게 되는데요. 자기적 성질은 재료의
성질과 다르게 자력이 소재의 내부가 아닌
외부로 발휘되는 과정을 거친다고 합니다.
금속 못 주변에 동선을 촘촘히 감은 후 외부에
배터리를 연결하여 만들어지는 전자석도 있는데
동선을 감은 횟수가 많아지거나 더 강한 배터리를
연결하면 더 센 전자석이 만들어진다고 하네요.
자기적 성질은 자기 쌍극자가 형성되면서
나타나게 되는데 양전하, 음전하 사이의
자기장하에서 궤도 반경에 따라 바뀐다고 합니다.
자기현상의 활용 등에 대해서도 설명해주는데
아무리 쉽게 설명해서 풀어 쓰셨는데
관련 기초 지식이 부족하다보니 여러번
읽어도 난해하게만 다가오더라구요.
그 외에도 전기에 반응하는 소재,
자석이 되는 소재, 빛을 이용하는 소재,
열에 민감한 소재, 힘에 대응하는 소재, 소재가
기여하는 에너지, 미래 소재로의 진화 등에
대해서 여러 이야기들을 읽을 수 있었습니다.

소재의 연구는 기능성, 편리성, 안정성 면에서
원하든 원하지 않든 계속해서 개선된 새로운
것들이 연구 개발되고 있다고 합니다.
미래에 필요로 하는 것들에 대한 예상된
특성에 맞는 소재를 개발해야지 개선된 제품의
출시가 가능해지고 기업들은 계속해서
경쟁력을 유지하게 된다고도 말하고 있습니다.
예를 들자면 스크래치가 자동으로 복원되는
금속연구, 금속의 강도를 유지하면서도 가벼워
질 수 있는 폴리머의 연구, 썩는 플라스틱
개발, 리튬 건전지를 대체할 배터리 기술 등
지속적으로 관심을 가지게 되는
미래소재는 무궁무진하다고 합니다.
책을 읽기전에도 저자가 최대한 일반인도 쉽게
이해할 수 있도록 설명해서 쓰셨다고 하셨지만
대체적인 내용들이 흥미롭게 다가왔지만
전문용어 언급되면 어렵게 다가오더라구요.
그래도 과학이야기는 언제나 유익한것 같습니다!
이 포스팅은 컬처블룸을 통해 제품을
제공받아 작성된 글 입니다.
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