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『신소재 이야기』는 현대 문명의 발전을 촉진한 신소재들 위주로 소개하고자 한다. 각 장의 이해를 돕기 위해 부록에 소재의 기본원리에 대해 작성하였다. 과학기술 분야에서 쓰는 전문용어들이 많은데, 되도록 주석을 달아 설명도 하고 이해를 돕기 위한 그림도 수록하고 있다.

1. 수정구슬로 본 신소재
해저 2만리
60년 전의 통찰력
2040년의 사회와 신소재
소재와 인류문명

2. 인공지능을 가능하게 하는 반도체
컴퓨터가 인간을 이기다
전기 현상의 발견
전기는 어떻게 흐르는가?
진공관: 전자공학을 열다
컴퓨터는 무엇인가?
반도체소재의 전기적 특성
트랜지스터의 발명
집적회로의 발명
집적회로를 구성하는 반도체 소자의 작동 원리
메모리 반도체
인공지능 구현을 위한 반도체 기술
미래 자동차는 반도체가 필수
반도체 제조공정과 EUV 노광기술
EUV 노광기술 연구개발 이야기
맺음말

3. 암기왕 자석
자석이란 무엇인가?
자화와 지구
자화의 변화
자석을 콩기름에 튀겨보면?
어느 방향으로 쉽게 자화되나?
연자성과 경자성
전기차를 움직이는 영구자석
자성체에 정보를 저장?
HDD 기술의 발전
전원공급이 불필요한 메모리의 출현
MRAM의 읽기 원리
MRAM의 쓰기 원리
맺음말

4. 팔방미인 탄소소재
탄소의 탄생
우연히 발견한 특별한 탄소 구조
플라스틱도 탄소가 주인공
탄소로 꿈꾸는 새로운 발명품
소재의 재활용
탄소는 지구를 지켜주는가? 아니면 파괴하는가?
맺음말

5. 더 가볍고 강한 복합소재
복합소재는 왜 필요한가?
복합소재의 종류
복합소재의 성분
복합소재의 물성: 혼합법칙
금속 기지 복합소재
고분자 기지 복합재료
맺음말

6. 자연으로부터 배운 생체모방소재
과학의 발전은 모방으로부터
연잎으로부터 배우는 방수 기술
식충식물로부터 배우는 윤활 표면
나비 날개의 화려한 색깔에서 배우다
홍합이 알려준 만능 접착제
바나나로부터 배운 염색약을 대체하는 발색 샴푸
도마뱀의 발가락을 모사한 접착테이프
거미줄을 모사한 강력한 섬유 소재
바이러스를 막는 생체모방소재
인공 광합성에 도전하다
맺음말

7. 보이지 않게 작지만 똑똑한 나노소재
스케일에 대하여
어떻게 작게 만드나?
왜 나노기술인가?
Seeing is believing
나노기술의 본격적인 전개
나노소재의 특징
자성 나노입자의 크기에 따른 자기적 특성 변화
NBIC 융합기술
나노융합기술의 사례

8. 신소재의 발굴
소재는 혁신의 요체
소재의 특징
선진국은 신소재 개발에 속도전을 펴는 중
우리나라의 소재 개발

부록 소재의 기본 원리
소재의 기본 요소: 원자
원자 간의 결합
원자의 배열: 결정 구조와 결정결함
소재의 특성

찾아보기

머리말

필자 일동은 지난 30여 년간 신소재 분야를 연구하면서, 첨단지식을 여러 사람과 공유하고자 하는 생각을 막연하게나마 가지고 있었다. 대학에서 학부과정으로 재료전자기물성, 융합기술 및 신소재 응용, 박막공학(이상 김영근), 신소재개론, 현대물리학, 전자소자재료(이상 안진호) 등을 강의하며 정리해둔 강의자료들을 볼 때마다 그런 소망은 더욱 커져 갔다. 그러나 종강하면 이내 잊어버리고 마음에만 묻어둔 지 여러 해가 지나갔다. 공대 강의는 주로 글보다는 파워포인트 그림과 공식, 전문용어 위주의 설명으로 진행하기 때문에 막상 글로 옮긴다는 것이 쉽게 이루어지지 않았다. 물론 전문 분야의 과제계획서나 보고서는 다수 써보았지만, 대중을 위한 도서와는 성격이 다르다보니 쉽지 않았다. 그러던 중에 한국과학기술한림원 학술저술지원사업 지원대상자로 선정되면서, 머릿속에서 맴돌던 생각들과 자료들을 정리할 수 있는 계기가 생겨 용기를 내보기로 하였다.

신소재advanced materials는 말 그대로 현재와 미래의 첨단기술을 가능하게 하는 원동력이다. 갑자기 등장한 철기 문명은 강도가 높은 무기와 농기구를 바탕으로 전성기를 구가하던 청동기 시대를 종결시켰다. 철은 청동보다 높은 온도에서 정련할 수 있는 기술이 필요했다. 당시 청동과 비교하면 철은 신소재라고 할 수 있다. 우리가 쓰고 있는 스마트폰은 신소재의 결정판이다. 집적회로, 디스플레이, 이차전지, 센서 등 약 1,000개의 부품은 반도체, 금속, 세라믹, 고분자를 포함한 여러 종류의 신소재로 구성되어 있다. 더 고성능이면서 더 가격 경쟁력이 있는 소재를 확보하는 것이 최종제품의 시장 지배력을 좌우하기 때문에 신소재분야는 세계 각국 첨단과학기술의 전쟁터이다. 어떤 신소재들은 몇 개국에서만 독점적으로 생산할 수 있어, 무역분쟁의 시작이 되기도 하며 국가안보를 위협하기도 한다.

소재의 종류는 동식물의 수만큼 헤아릴 수 없게 많다. 의학분야는 외과, 내과 등으로 구분되고, 외과 내에서도 정형외과, 성형외과, 신경외과, 흉부외과 등으로 세분화할 수 있다. 이처럼 신소재분야도 구조소재와 기능소재로 크게 나눌 수 있지만, 기능소재 내에서도 전기, 자기, 광, 바이오 소재분 야들로 세분화할 수 있다. 최근에는 다루는 소재의 스케일(크기)에 따라 벌크소재나 나노소재로 나눌 수도 있다.
소재를 다루는 학문분야를 재료과학 및 공학Materials Science and Engineering이라고 한다. 물리, 화학, 생물 같은 기초과학적 지식으로 소재의 원리를 규명하는 과학적 방법론과 더불어, 소재를 응용 분야에 따라 성능과 가격경쟁력을 높이려고 하는 공학적 방법론이 모두 필요하기 때문이다.

이 책에서는 현대 문명의 발전을 촉진한 신소재들 위주로 소개하고자 한다. 각 장의 이해를 돕기 위해 부록에 소재의 기본원리에 대해 작성하였다. 과학기술 분야에서 쓰는 전문용어들이 많은데, 되도록 주석을 달아 설명도 하고 이해를 돕기 위한 그림들도 준비하였지만 독자들이 다소 이해하기 어려운 부분도 있을 것이다. 독자 여러분들이 피드백을 주면 추후 업데이트하도록 하겠다.