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# System prepended metadata

title: 재료공학 예습

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## **Chapter1. 서론**
###### 재료공학에서 고려되어야 하는 사항 : 구조, 성질, 공정, 성능

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## **구조 (sturcture)**

이원자구조(subatomic structure) : 개별 원자 내의 전자, 전자와 핵의 상호작용, 전자 에너지
원자구조 (atomic sturcture) : 분자(molecules) 또는 결정(crystals)을 생성하는 원자 구성
나노구조 (nano sturcture) : 나노 크기(100nm이하)
미세구조 (microsturctrue) : 현미경 / 100nm~mm
매크로구조 (macrosturcture) : 육안 식별 / mm~m

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## **재료의 물성은 무엇에 영향을 받는가?**

성분 : 어떤 원자로 구성
결합 : 원자 (혹은 분자)간의 결합
결함 : 원자의 기하학적 배열에서 발생

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## **최외각 전자**
| 주기율표 가운데 | 주기율표 맨 오른쪽 | 
| -------- | -------- | 
| 높은 밀도, 높은 Melting point     | 최외각 전자가 채워져있음 = 반응성 낮음| 

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## **성질**
| 성질 | 반응 | 예시 |
| -------- | -------- | -------- |
| 기계적 성질 (mechanical)  | 가해진 힘에 대한 변형 반응     | 탄성 계수(elastic modulus), 강도(strength) / 인성(roughness, resistance)     |
| 전기적 성질 (electircal)     | 전기장의 외부 자극에 대한 재료의 반응     | 전기 전도율(electrical conductivity), 유전 상수 (dielectric constant)     |
| 열적 성질 (thermal)     | 온도 변화, 온도 구배에 대한 반응     | 열용량, 열 전도율     |
| 자기적 성질 (magnetic)     | 자기장에 대한 재료 반응     | 자화율, 자화     |
| 광학적 성질 (optical)     | 전자기파, 빛의 방사 자극에 대한 반응     | 굴절률, 반사율     |
| 열화적 특성 (deteriorative charateristics)    | 재료의 화학 반응성     | 부식에 대한 금속의 저항|

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## **공정-구조-성질-성능의 연관성 살펴보기**
> 단결정 / 다결정 / 결정질

- **단결정** : 투명 / 완전도 높음
- **다결정** : 반투명 / 매우 작은 단결정질로 구성 / 단결정 사이의 계면은 인쇄 글자에 반사된 빛을 산란시켜 반투명한 성질
- **결정질** : 불투명 / 수많은 미세 결정질 + 많은 수의 작은 기공과 공간 / 빛의 산란에 의해 불투명한 성질

> 결정질 계면과 기공의 구조가 다르기 때문에 광학적 투과성이 다르다.
> 재료 패러다임(materials paradigm)

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## **적합한 재료 판단 기준**
1. 재료의 사용 환경에 대한 명확한 특성과 이에 적합한 재료의 성질
(ex, 강도-연성처럼 성질의 적절한 타협이 요구됨)
2. 재료의 사용에 따른 열화 고려
3. 경제성 고려

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## **결합유형, 재료 분류**
| Polymer | Metal | Ceramic |
| -------- | -------- | -------- |
| 공유 결합     | 금속 결합     | 이온 결합     |

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## **금속**
- 하나 이상의 금속 원소로 구성
- **기계적 성질** : **단단**하고 강함 / **연성**이 좋아 파괴가 잘 일어나지 않음
- 규칙적 배열
- 밀도 높음 (세라믹, 폴리머에 비해)
- **비국부적인 전자** : 전기 및 열 **전도율**, 가시 **광선**의 투과성, 금속 광택, **자기적** 성질
- 소량의 비금속 원소가 첨가될 수 있음
- 구조용 재료로 사용

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## **세라믹**
- 금속과 비금속의 조합
- **기계적 성질** : **금속과 비슷**한 정도
- 딱딱하고 **강함** / **연성이 없어** **깨지기 쉬워** **파괴**가 잘 일어남
- **낮은** 열, 전기 **전도율** (금속, 폴리머에 비해)
- 광학적으로, 투명, 반투명, 불투명
- **일부** 산화물에 **자기적 성질**
- 산화물(oxides), 질화물(nitrides), 탄화물(carbides)
- 산화 알루미늄, 산화규소, 탄화규소, 질화 규소, 점토, 시멘트, 유리
- 이온 결합적인 특징 : 전기적/열적/전열 특성
- 화학적인 안정성
- 단단함 but, 깨지기 쉬움
- **이온 결합이 갖는 전자 배열과 이온 결합의 속성에 기인함**

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## **폴리머**
- 플라스틱/고무 재료
- **기계적 성질** : **딱딱X, 강함X**
- **낮은 밀도** -> **단위 질량**의 소재에 대한 강도는 **금속/세라믹과 비슷**
- **연함**, **변형성** 좋음 -> 복잡한 형상으로 쉽게 변형됨
- 화학적으로 **안정**
- **낮은 반응성**
- **온도에 취약** (낮은 온도에서 연해지거나 분해됨)
- **낮은 전기 전도율**
- **비자성** 특성
- 탄소, 수소, 기타 비금속 원소(O, N, Si)를 포함한 **유기물 복합체**
- 탄소 원자로 구성된 **고리형 구조**를 갖는 **매우 큰 분자 구조**를 가짐

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## **복합 재료**
금속, 세라믹, 폴리머의 조합
ex, 유리섬유 / 탄소 섬유 강화 폴리머

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## **요약**

**재료과학과 공학**
> - 재료를 그 응용 분야에 따라 여섯 종류의 성질로 분류할 수 있다
> : 기계적, 전기적, 열적, 자기적, 광학적, 열화적 특성
> - 재료과학의 중요한 관계식은 재료의 성질 구조에 대한 의존성이다
> : 구조는 재료의 내부 구성물이 어떻게 배치돼 있는가이며,
> 작은 크기부터 이원자, 원자, 나노, 미세, 매크로 구조로 지칭된다
> - 재료의 설계, 생산, 활용에서 생각해야 할 4개 요소는 공정, 구조, 성질, 성능이다.
> : 재료의 성능은 그 구조에 의해 좌우되며, 구조는 재료의 공정에 의해 정해진다. 이 네 가지 요소의 상관관계를 패러다임이라 부른다.
> - 재료의 선택에서 중요한 세 가지 기준은 재료가 사용되는 환경, 사용 중의 열화, 제작물의 제조 가격이다.

**재료의 분류**
> - 재료는 화학적/원자적 구조를 토대로 세 종류로 분류된다
> : 금속 / 세라믹 / 폴리머 
> : 복합 재료는 적어도 2개의 상이한 재료군으로 구성된다

**첨단 재료**
> - 반도체 (도체와 부도체의 중간의 전기 전도율을 보임)
> - 생체 재료 (생체 조직에 적합해야 함)
> - 스마트 재료 (미리 정해진 방식으로 외부 환경을 감지하고 반응함)
> - 나노 재료 (나노미터의 구조적 크기를 갖고 일부는 원자나 분자 단위로 설계됨)

**재료과학과 공학**
> - 재료를 그 응용 분야에 따라 여섯 종류의 성질로 분류할 수 있다
> : 기계적, 전기적, 열적, 자기적, 광학적, 열화적 특성
> - 재료과학의 중요한 관계식은 재료의 성질 구조에 대한 의존성이다
> : 구조는 재료의 내부 구성물이 어떻게 배치돼 있는가이며,
> 작은 크기부터 이원자, 원자, 나노, 미세, 매크로 구조로 지칭된다
> - 재료의 설계, 생산, 활용에서 생각해야 할 4개 요소는 공정, 구조, 성질, 성능이다.
> : 재료의 성능은 그 구조에 의해 좌우되며, 구조는 재료의 공정에 의해 정해진다. 이 네 가지 요소의 상관관계를 패러다임이라 부른다.
> - 재료의 선택에서 중요한 세 가지 기준은 재료가 사용되는 환경, 사용 중의 열화, 제작물의 제조 가격이다.

**재료의 분류**
> - 재료는 화학적/원자적 구조를 토대로 세 종류로 분류된다
> : 금속 / 세라믹 / 폴리머 
> : 복합 재료는 적어도 2개의 상이한 재료군으로 구성된다

**첨단 재료**
> - 반도체 (도체와 부도체의 중간의 전기 전도율을 보임)
> - 생체 재료 (생체 조직에 적합해야 함)
> - 스마트 재료 (미리 정해진 방식으로 외부 환경을 감지하고 반응함)
> - 나노 재료 (나노미터의 구조적 크기를 갖고 일부는 원자나 분자 단위로 설계됨)