쓸모의 과학, 신소재

프롤로그 소재를 통한 인류 문명 이어 가기

소재 이해의 시작

1. 소재란 무엇인가
소재는 어디에서 오는가
변화의 순간
소재의 선택지들
가치를 더하는 신소재

2. 살아남은 소재 이야기
불가피한 소재의 선택
생활 속의 신기함
소재 특성, 선택의 기준

3. 인류 역사를 이끈 물질
최초의 인공 소재, 점토
최초의 금속, 구리
화폐의 시작, 금과 은의 발견
철의 등장, 철의 시대
유리의 우연한 발견
플라스틱의 출발

주변의 소재 이야기

4. 소재는 어떻게 존재하나
최소 단위의 세계, 원자
원자 간 결합, 소재의 시작
원자의 규칙적 배열, 결정
고체에서의 물질 이동
전자가 위치하는 곳, 에너지 밴드

5. 반전의 과학, 개선된 소재들
완벽하지 않은 소재
의도된 결함, 새로운 발견의 시작
결함과 함께하기

6. 쓸모의 재료, 세라믹·금속·폴리머
무한 응용 물질, 세라믹
가치의 물질, 금속
가벼움의 다양함, 폴리머

7. 한계를 넘는 소재의 발견
인위적인 소재, 복합 재료
정보 시대의 핵심, 반도체 소재
보이지 않는 과학, 나노 소재
다양한 변신, 탄소 소재

반응하는 소재의 세계

8. 전기에 반응하는 소재
전기가 흐르는 경우
반도체에서 전기의 흐름
반도체 소재를 이용하는 디바이스
흐르지 않는 전기의 활용

9. 자석이 되는 소재
자기장에 반응하는 소재
자기 현상의 활용

10. 빛을 이용하는 소재
빛과 물질의 상호 작용
방출되는 빛 에너지의 활용

11. 열에 민감한 소재
소재가 열을 받을 때
열에너지의 감지와 활용

12. 힘에 대응하는 소재
힘에 반응하는 물리적 변화
외부 압력의 활용

13. 소재가 기여하는 에너지
태양 전지, 재생 에너지의 희망
배터리, 에너지 저장의 수단
연료 전지, 그린 수소의 에너지화

14. 미래 소재로의 진화
더 나은 제품에 대한 희망, 다가온 소재
사회 변화의 시작, 다가올 소재

에필로그

우리 생활이 바뀔 것이라는 기사와 보도를 자주 접하게 되지만 숨겨진 실체와 가능성을 가늠하는 것은 쉽지 않은 일이다. 이 책은 신소재 과학, 공학 분야의 문외한이라도 과학에 관심이 있는 일반인이나 중고등학생을 위해 기획되었다. 신소재의 정의부터 출발하여 신소재 분야의 중요성과 한계, 그리고 수식을 사용하지 않고 상식적인 수준에서 과학적 원리를 다루고자 한다

석기 시대에 토기 그릇을 어떻게 만들게 되었는지 상상해 보면 짐작할 수 있듯, 인류의 오랜 역사 동안 인간이 생활하면서 터득한 것이기도 하다. 즉, 우리가 현재 사용하고 있는 소재들은 끊임없는 개발의 결과물이고, 발전을 거듭하며 인위적으로 만들어지거나 개선된 것이다. 결국 살아남은 소재들이다.

신소재가 중요한 이유는 우리가 알고 있는 첨단 제품의 시작점이기 때문이다. 올바른 소재의 선택이 최종 제품의 성능과 관련되어 있어서 최고의 소재를 확보하는 것이 곧바로 경쟁력이 되는 시대에 이르렀다. (……) 그러므로 소재의 한계가 곧 부품의 한계이고 완제품의 한계이기도 하다. 원천 소재 개발에 매진하고 있는 이유이기도 하다.