포털:고등학교/기술·가정/공학 일반(2015 개정)/재료 공학의 사례

신소재

금속, 무기, 유기 원료 및 이들을 조합한 원료를 새로운 제조 기술로 제조하여 종래에 없던 새로운 성능과 용도를 가지게 된 재료

신소재의 종류: 신금속 재료, 비금속 무기 재료, 신고분자 재료, 복합 재료

1) 신금속 재료

(1) 형상기억합금

· 정의: 형상을 기억하는 합금으로, 소성 변형이 발생하더라도 가열함에 따라 원래의 상태로 되돌아오는 합금

· 특징: 소성 변형이 일어나도 가열하면 그 변형이 소실되는 기능, 탄성 회복량이 매우 큰 초탄성 효과 및 진동 흡수 능력이 매우 우수한 기능을 가짐.

· 현재 실용화된 제품: 전투기의 파이프 계수, 인공 위성의 안테나 및 온실 창의 개폐 장치

· 연구 개발 중인 제품: 인공 관절, 심장 펌프, 화재 시의 방화문, 온도 센서

(2) 비정질 금속 재료(비결정형 재료)

· 정의: 기존의 결정질 재료와는 다른 원자 배열 구조를 가지는 비주기적 결정 구조를 가지는 재료로 개발한 것

· 특징: 강도, 자기화 특성, 내마모성, 내부식성이 큼.

· 활용 : 스포츠 용품, 고강도 부품 재료, 녹화 헤드와 변압기

(3) 초전도 재료

· 정의: 일정 온도에서 전기 저항이 0이 되는 초전도 현상이 나타나는 재료

· 초전도 현상: 상당 수의 금속 재료에서는 어느 한계 이하의 극저온에서 전기 저항이 갑자기 떨어져 0이 되는 현상

· 특징: 특정 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라져 완전 도체로 전이됨. 전기 저항이 0으로 에너지 손실이 전혀 없어 전자서용 선재의 개발에 응용될 수 있음.

· 활용: 전력 시스템의 초전도화, 핵융합, 자기부상열차, 핵자기 공명 단층 영상 장치, 컴퓨터 및 계측기 등의 분야

2) 비금속 재료

(1) 파인 세라믹스(뉴 세라믹스)

· 정의: 고도 기술로 개발되어 절연체, 내열재, 구조재로 쓸 수 있는 새로운 세라믹, 천연 또는 인공적으로 합성한 묵 화합물인 절화물, 타노하물을 원료로 하여 소결한 자기 재료

· 특징: 내열성, 굳기 초정밀 가공성, 전연성, 절연성, 내식성이 철보다 강함.

· 활용: 절삭 공구, 저항 재료, 원자로 부품, 인공 관절, 인공 뼈, 인공 치아

(2) 광섬유(광학 섬유)

· 정의: 석영 유리나 플라스틱 등의 투명한 절연체를 가늘고 길게 뽑아서 만든 섬유로 중심 부분에 적당한 굴절률 분포를 갖도록 해서 빛이 전파되도록 한 것

· 광케이블: 광섬유를 여러가닥 묶어서 케이블로 만든 것

· 특징: 중심부에는 굴절률이 높은 유리, 바깥 부분은 굴절률이 낮은 유리를 사용하여 중심부 유리를 통과하는 빛이 전반사가 일어남.

에너지 손실이 매우 적어 송수신하는 데이터의 손실률 낮음.

(3) 결정화 유리(유리 세라믹스)

· 정의: 비결정 구조로 유리를 기술적으로 결정화하여 종래에 없던 특성을 지니게 한 유리

· 특징: 조직이 치밀할 뿐만 아니라 높은 내열성과 기계적인 강도가 있으며, 연화 온도가 높을 뿐 아니라 열팽창률도 매우 작음.

· 활용: 내열 조리 기구, 볼베어링, 기계 부품, 미사일 탄투

3) 신고분자 재료

(1)엔지니어링 플라스틱

· 정의: 공업 재료, 구조 재료로 사용되는 강도 높은 플라스틱

· 특징: 금속보다 강함.

· 활용: 경량화를 지향하는 자동차, 전자 기기, 전기 제품

(2) 고효율성 분자막

· 정의: 특정한 물질만을 통과시키는 기능을 가진 고분자막과 같은 특수 재료

(3) 태양광 발전 플라스틱 전지

· 정의: p형과 n형 실리콘 단결정을 접합하여 만든 태양 전지보다 더욱 발전 변환 효율이 높은 전지

4) 복합재료

(1) 바이오 센서

· 정의: 생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 생체에 적합한 의료용 신소재

· 특징: 인간과 같이 감각을 활용

· 활용: 산업용 로봇 제어 기술, 자동 제어, 정밀 계측기 분야

(2) 복합 재료

· 정의: 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료

· 활용: 유리섬유·탄소 섬유·아라미드 섬유

(3)탄소 섬유 강화 플라스틱

· 정의: 강도가 좋으면서도 가벼운 재료를 만들기 위해서 플라스틱에 탄소 섬유를 넣어 강화한 것

· 활용: 자동차 부품, 비행기 날개, 테니스 라켓, 안전 헬멧

(4) 섬유 강화 금속

· 정의: 금속 안에 매우 강한 섬유를 넣은 것

· 특징: 금속과 같은 기계적 강도를 가지면서도 가벼움.

· 활용: 우주 항공 분야