현대사회와 신소재 1주차신소재와 우리의 생활1. 인류문명과 소재2. 현대사회와 신소재3. 재료의 분류 및 특성*재료-원소로 이루어져 있다.*탄소섬유, 그래핀, 강철이 비슷한 용도로 사용하는데 가격이 차이나는 이유는?-전기적, 기계적 물성이 강철보다 탄소섬유 뛰어나기 때문-그래핀이 가장 비싼 이유는 가장 전기적, 기계적 물성이 뛰어남-물성이 좋다=이 재료를 이용해서 첨단 제품들을 더 많이 만들어 낼 수 있다-즉, 재료의 물성과 재료를 이용해 만들 수 있는 제품에 따라 가격이 결정된다.*왜 탄소인가?주변에서 쉽게 구할 수 있는 재료이다.그래핀: 다른 탄소와 다른 구조를 가지고 있음. 구조에 의해 생겨 나는 열적 기계적 특성이 우수, 첨단 제품에 많이 사용-같은 물질이더라도 구조에 따라 가치가 결정된다.-비슷한 용도에 이용되더라도 물성에 따라 가격이 결정된다.*재료와 가치-각 나라마다 기름이 어디서 나오는지에 따라 기름값에 차이가 있다.-원유=많은 제품에 사용, 운송수단 연료-경제 위기=수요가 줄어 원유 가격이 폭락-경제 활발=원유가격 폭등-경쟁제품 생기면 가격 떨어짐-원유를 이용해서 사용할 수 있는 다른 제품의 가치와 경제적 환경에 따라 가치가 변동한다.-최근 가파르게 오르고 있는 코발트 가격=배터리 수용의 중가로 코발트 수요 및 가격 증가-재료는 물성 또는 경제 환경, 제품에 따라 가격이 다르다.*인류 문명의 발전과 재료-구석기, 신석기, 청동기, 철기= 사용하는 재료의 변화-특징=변화하는 속도가 최근에 100년 이하로 빨라짐, 재료 중심에서 유용체 중심으로 바뀜-구석기, 신석기=재료는 같으나 가공방법이 다르다-신석기, 동석기=재료 종류 바뀜, 가공방법 응용처 바뀜-시멘트=여러 가지 물질을 섞어 만든 혼합체로 복잡한 건물의 형상도 구현 할 수 있어 건축이 발달하게 되었다.-강(steal age)=가공, 성분 조절=건축, 기차, 증기기관, 전쟁의 무기-실리콘= 반도체, 전자공업 발달-고분자=가공 쉬움-신소재 시대=굉장히 다양한 재료들이 특정한 목적에 맞춰 가공됨*재료 공정의 발전1)토기의 소성온도-500도 이하 최초 가열=운모와 점토의 수분제거-700도=연질토기의 소성온도(삼국시대)-700-1200도=경질토기의 소성온도(통일신라)-1200조도 이상=도자기(청자,백자)2)야금술의 발달-야금술=금속을 다루는 기술, 금속의 추출, 가공, 성형-야금 공정온도-불의 사용=많은 재료를 가공할 수 있게 됨-돌, 흙이후 토기사용 시작-공정의 발전=가공 온도의 상승-야금학=금속을 가공하는 것-불을 이용한 온도 조절이 재료 가공의 중요한 역할을 함*금속 재료의 가공과 연금술1)금속 가공-신석기 말기에는 천연금속을 사용하였다.-동의 사용=제련 동으로 만든 동기(비소, 납 미량 함유하여 강도 증가)-청동기 주조기술(중국-한국-일본전수)2)연금술사-금을 창조하는 과정에서 많은 화학적 말견3)7가지 금속금, 은, 구리, 주석, 납, 수은, 철-금은 산화가 잘 되지 않아 보존이 잘 되지 않아 연금술로 인공적으로 제작하려 하였다.-주석, 납은 녹는점 500도 이하-주위에서 쉽게 찾을 수 있는 금속으로 금을 얻으려 했다.-금을 창조하는 과정에서 많은 화학적 발견이 있었다. 원소 발견*근대 소재 기술의 발전1)청동제 대형 총포기술-이탈리아-이탈리아 청동 주조 기술 독점, 종교 종 제조기술-15세기 대항해 시대 해적선소탕 총포기술 특화-주조성 높고 가공이 용이하다(용융점 낮음)-전장에서 대표의 내구성 높으나 높은 가격으로 인해 실용성 저하2)청동 대표의 대륙으로 이동-동일종교, 인접국가의 기술자 우대 정책으로 인한 기술이전3)새로운 대체재의 부상-영국-주철포기술=저가 대체재-과거=소재-가공-모양-응용-근대=응용-소재-가공-전쟁무기-적합한 재료-총/대포-총포술 발전-재료의 발전-녹는점이 낮다-쉽게 가공가능-높은가격-실용성 떨어짐*현대사회와 첨단소재-반도체=전자 제품에 많이 들어감(실리콘을 이용한 것들이 많다.)(non-condutor, band gap, defect)-바이오 소재(biomaterial)= in-vivo(체내, 인공심장), in-vitro(체외, 지팡이)-스마트 소재=외부 반응에 강긍하여 대응을 한다(양방향적), 센서(외부에 어떠한 자극을 받았을 때 감지하여 반응을 한다.)-나노재료=재료 크기(나노사이즈)에 의존한 물성. 나노 재료에 대응하는 물질을 (벌크물질) 나노 사이즈로 줄였을 때 새로운 물성이 나타난다.QLED-quantum dot을 이용한 나노재료원 나노 재료의 물성은 크기에 따라 변화한다.-에너지 재료=배터리석유의 시대-환경적인 물질 고갈의 위험-신재생에너지에 관심을 갖게 됨*신소재란 무엇인가1)신소재새로운 기능 및 구조 특성을 실현한 고부가가치 재료2)이전 재료와 차이점소재 자체가 새로움기존 소재의 재조합을 통해 이전에 없던 기능 새롭게 구현3)신소재의 분류재질, 기능, 용도 등에 따라 분류재질별: 금속계, 세라믹스계, 고분자계, 복합재료계4)신소재의 특성고부가가치, 용도가 많음, 다품종, 소량생산, 기술 집약적*신소재 공학이란1)배경21세기를 맞이하여 급속도로 발전, 변화하는 현대 과학기술 시대에 발 맞추어 고부가가치의 기술 집약적인 소재 산업에 대한 시대적 요구 증대2)신소재 공학미세 입자의 크기, 형태를 조절하는 미립제 제어기술(nanotechnology)고성능 재료 설계 기술, 새로운 기능성 디바이스 제작 등 신소재와 새로운 기기의 개발 및 발전이미 사용되고 이쓴 전통 소재기술과 주변 기술을 신기술과 접목시켜 새로운 소재 기술로 발전*신소재 관련 기술-5TNT=나노기술(반도체)IT=정보기술(전자 정보통신)ST=우주 기술(우주항공, 자동차, 조선, 건설)ET=에너지 환경 기술BT=바이오 기술(생체, 의료)-기술 구현-새로운 물성-신소재 개발이 이루어 져야 한다.*반도체 산업에서의 신소재-실리콘 웨이퍼-스핀코팅*전자산업에서의 신소재-전자산업- 새로운 응용처 많음- 신소재 많이 사용*정보 통신 사업에서의 신소재-광섬유, 5G*생체/의료 산업에서의 신소재-바이오기술-우리 몸/ 생체/ 의료에 사용-임플란트, 인공치아(기존 치아와 비슷한 물성-mimiking)*에너지/환경 산업에서의 신소재-에너지 저장, 변환 운송을 할 수 있는 전기화학적 에너지, 베터리, 태양광(광전 재료),-압전 재료, 열전 재료> 석유 석탄의 환경적인 문제를 해결*우주항공 산업에서의 신소재-극한 환경에서 사용될 수 있는 재료-연료 전지-물, 수소, 산소*자동차 조선 산업에서 신소재-극한 환경에서 사용될 수 있는 고물성 소재-가벼운-다리*재료의 구조, 가공 특성1)물성의 구조 의존성-재료=똑같은 재료라 하더라도 어떠한 구조인지에 따라 물성도 같이 바뀐다.-철=냉각 속도에 따라 형상(경도)이 다르게 나타난다. 냉각속도 의존-형상구조가 다르다=물성이 다르다-냉각속도=가공에 해당-형성, 구조 조종- 물성을 조사=물성이 바뀜-응용처가 달라짐-성능이 바뀜(rule of sum)2)가공을 통한 구조 변경가공(processing)-구조(structure)-물성(properties)-성능(performance)*재료의 분류1)금속
