주된 학과

재료 공학과/재료 개발 공학 과정/재료 개발 공학과/재료 물성 공학과/재료 과학과/재료 과학 종합 학과/기능 재료 공학과/환경 재료 공학과/재료 기능 공학과/재료 프로세스(process) 공학과/머티리얼(material) 공학과/머티리얼(material) 과학과/첨단 머티리얼(material) 공학과/재료 창조 공학과/재료 물리 공학과/지적 재료 공학과/금속 공학과/유기 재료 공학과/유기 재료 화학과/섬유 시스템(system) 공학과/정밀 소재 공학과/정밀 물질 학과/기능 고분자 학과/기능 고분자 공학과/소재 개발 화학과/고분자 학과/무기 재료 공학과/지능 생산 시스템(system) 공학과/환경 에너지 공학과/물질 화학과/물질 생명 시스템 공학과/응용 이공 학과/응용 물질 과학과/물질 과학 공학과/물질 개발 공학과/전자 재료 공학과/공학 기초학류/기계 사이언스(science) 학과/환경·생명 미래 공학과/생명 환경 과학과 등

금속공학 분야에서는 무엇을 배우는가?

금속공학은 여러 가지 재료 연구의 기초가 되는 학문 분야이며, 지금까지도 과학기술의 진보, 사회의 번영을 유지하여 왔다. 현재 그 연구 개발의 대상은 금속, 세라믹(ceramics), 유기 고분자, 반도체에까지 미친다. 순환 형 사회 경제로의 대전환을 가능하게 하는 “상냥함” 넘치는 재료를 구하여, 다양한 연구가 진행되고 있다.

신의 손으로부터 인간의 손으로

인류의 역사 속에서, 불과 1828년까지 유기물은 인간이 만들어낼 수 없는 것이었다. 생물은 다양한 유기물을 만들어 내고 있었지만, 인간이 무기물만으로 유기물을 만들어 내는 것은 불가능하다고 생각되고 있었다. 그 시대에는 유기화합물은 생물에 의해 만들어 질 수 있는 것이고, 생물에서 유래되지 않은 화합물을 무기화합물이라고 부르고 있었다.
즉, 1828년까지는 유기재료는 신이 주신 [생명의 머무는 재료]였다. 동물과 식물로부터 얻어진 원료를 가공한 피혁, 실과 종이 등, 현대 생활에 매우 중요한 유기재료를, 인류는 역사 초기부터 자연의 혜택으로서 손에 넣어 활용해 왔다.
그 시대에는 유기재료 공학 이라는 개념은 없었지만, 기술범위를 굳이 생각해보면 제사(製絲), 방적(紡績), 염색, 제지(製紙)등, 천연제품을 가공하는 것에 관한 기술체계였다고 할 수 있을 것이다.
유기물을 무기물로부터 인간의 손으로 만들어 낸다고 하는 [불가능]으로의 끊임없는 도전의 결과, 1828년에 독일의 뵐러((Wohler)가 비 생명적인 물질로부터 유기물 합성에 성공했다. 이 발견에 의해 유기물은 신의 손을 떠나, 인간이 만들어 낼 수 있는 물질로 변화하였다. 그렇다고 하더라도, 광물 등의 무기 화합물과 생명유래를 중심으로 하는 유기화합물 간에는 큰 성질의 차가 있다. 이 때문에 유기물과 무기물이라는 구분은 그 후에도 계속 이어지고 있다. 단지 현재에는 유기물이라는 것은 탄소와 수소를 중심으로 하는 화합물을 나타내는 언어가 되어 있다. 생체관련물질인 아미노산, 단백질, 당, 셀룰로오스(cellulose), 석유와 그로부터 유래하는 플라스틱류, 알코올과 의약품을 포함하는 많은 저분자화합물 등, 다종 다양한 유기물이 있다.
인간의 손에서 유기물을 만들 수 있게 되어, 유기재료공학의 새로운 발전이 시작되었다. 19세기에는 합성염료가 만들어졌고, 염색기술이 발전하였다. 더욱이 20세기쯤에는 고분자라고 하는 개념이 나타나, 플라스틱류가 등장하였다. 마찬가지로 20세기에는 일본의 아카마츠 히데오(赤松秀雄)등에 의해 반도체로서의 성질을 가진 유기물이 발견되고, 한층 더 전기를 흐르게 하는 고분자가 시라카와 히데키(白川英樹)등에 의해서 만들어 지는 등, 그때까지의 유기물의 범주를 넘은 물질이 출현하였다. 최근에는 성간(星間) 물질의 연구로부터 발견 된 축구 볼 분자(풀레린, fullerene)등, 지금까지 생각할 수 없었던 새로운 얼굴이 더해지고 있다. 시대와 함께 유기재료는 종류를 늘리고, 유기재료 공학의 범위도 계속 넓어지고 있다.

재료를 연구하는 일

유기재료의 연구분야는 넓다. 몇 개 대학의 유기재료 공학 관련 학과를 관망하면, 합성을 전문으로 하는 연구실, 가공중심의 연구실, 물성(物性)중심의 연구실, 전자 디바이스(device)를 만들고 있는 연구실 등이 있다. 유기재료 공학에서 연구되고 있는 내용은 이학부에서 연구되고 있는 일로부터, 공학부의 기계공학과나 전기, 전자공학과에서 연구되고 있는 일 같은 것에까지 이르고 있다.
연구내용에 다른 학과와 중복되는 것이 있다고는 해도, 재료 계 연구자의 스탠스(stance)는 이학 계의 연구자나, 기계, 전기계의 연구자와 조금 다를 뿐이다.
이학계열의 연구자는 물질 자체가 아닌 전기 전도성 이나 자성이라는 물성에 흥미를 가지고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 물성상의 개념이 주된 연구 대상이 되고 물질은 그것을 실현하는 도구로서 다루어지기 쉽상이다.
기계나 전기계의 연구자는, 그들이 만드는 것에 필요한 기능에 흥미가 있어, 물질은 그것을 부여하기 위한 도구로서 다루어지기 쉽상이다.
그에 비해 재료 계열의 연구자는 물질이 출발점으로, 그로부터 새로운 이학적인 개념이나 공학적인 기능을 찾아내는 방향성을 취하는 것이 많다.
물질이라는 것은 다루어보면 상당히 복잡한 것으로, 상상외의 행동을 나타내는 것도 많다. 상상외 행동의 배후에 있는 과학을 찾으면서, 그것을 세상에 이어 가는 것이 재료 과학의 묘미이다.

신 물질에 대한 챌린지(challenge)

계속해서 유기 재료 공학에서 행해지고 있는 연구를 개별적으로 관망해보자.
우선, 최초는 새로운 것을 만들어 내는 것에 관련하는 분야이다. 유기화합물은 탄소와 수소를 시작으로 하는 비교적 소수의 원자종으로 만들어지고는 있다. 그러나 원자의 편성에 의해 매우 다양한 기능을 발견할 수 있다. 아직 인류가 손에 넣은 적 없는 새로운 것을 만들어 내는 것은 중요한 도전이다. 과학 기술의 음의 측면을 알고 있는 우리들은, 이제는 새로운 것을 만들어 내지 말아야 한다는 생각도 하고 있을 것이다. 그렇지만, 현재의 생활수준을 유지하면서, 이산화탄소의 증가에 의한 기온상승을 막기 위해서는 연료전지와 같은 신기술을 개발하지 않으면 안 된다. 그를 위해서는 고성능의 고분자 격리막 등의 신 재료가 필요하게 되고 있다. 정확한 판단 하에 필요한 것을 만들어 내는 것은 인류에게 있어서 만이 아니라, 지구에 있어서도 필요한 일이다.
연구자중에는 상술한 고분자 격리막과 같이 명확한 목적을 가지고 물질을 만들어 내려 하는 사람이 있는가 하면, 당면한 응용을 고려하지 않고, 재미있는 형태의 분자를 만들어 내는 것에 열정을 불태우고 있는 사람도 있다. 재미있는 형태의 분자가 어떤 도움이 될 것인가는 현 시점에서는 확실하지 않다. 그렇지만 새롭고 기묘한 것에는, 어떤 확률로 장래에 중요하게 되는 것이 포함되어 있다. 직접적인 도움이 되지 않는 연구도 실시해 두는 것은 중요한 일이다.
현재의 유기합성의 타겟(Target)으로는, 자연 속에서 분해하는 고분자나 덴드리머(dendrimer)라 불리는 새로운 종류의 고분자, 초전도 되는 분자, 전기를 흘려주면 발광하는 분자, 1개로 트랜지스터(transistor)의 기능을 하는 분자, 의약품이 되는 분자 등 다양한 것이 있다.
인간의 손으로 새로운 물질을 만들어 내는 연구가 진행되고 있는 한편, 천연에 존재하는 물질을 보다 쉽게 취급할 수 있게 하기 위한 연구와, 지금까지는 버려지고 있던 천연물을 활용하는 연구도 실시하고 있다. 또한 석유로부터 만들고 있는 플라스틱(plastic)을 식물로부터 만들고자 하는 연구도 진행되고 있다.

궁극적인 가공의 탐구

이어서 가공관련의 연구에 눈을 돌려보자. 고분자 원료는 실과 필름(film), 혹은 용기와 전자제품의 외장과 자동차 범퍼 등의 형태에 성형하고, 처음으로 인간에게 도움이 되게 된다. 같은 원료를 이용해도 실(絲)로 하는 조건에 의해서 완성된 실의 힘은 다르다. 게다가, 실의 단면을 복잡한 형상으로 하면 색소등을 사용하지 않고도 색을 띈 실을 만들어 낼 수 있다. 가공은 재료를 유효하게 활용하는데 중요한 기술이다.
재료는 편성에 의해서, 한층 더 고도의 기능을 발휘하는 것도 많다. 통상의 플라스틱에 탄소섬유를 조합해 만든 탄소섬유 강화 플라스틱은, 인공위성의 외벽에도 사용되는 경량이고 튼튼한 구조 재료이다. 탄소섬유 대신 카본 나노 튜브(carbon nano tube)를 이용하면 한층 더 강한 구조재료가 생긴다고 말해지고 있다. 경량이며 강한 재료를 자동차에 사용한다면, 지금보다 가벼워져 이산화탄소 배출량도 줄일 수 있다고 하는 메리트(merit)가 있다. 이 때문에 나노 튜브 등의 신소재를 사용한 강화재료의 연구가 활발히 진행되고 있다. 고무에 전기를 흘리는 입자를 적당히 혼합하면, 보통은 전기를 흘리지 않지만, 누르면 전기를 흘리게 되는 고무를 만들어 낼 수 있다. 게다가 여기에 하나 더 강유전체(强誘電體)라 불리는 물질을 더하면, 특정의 소리만을 감쇠하는 재료가 된다. 지금까지의 소음 재료에 비해 경량으로 특정의 주파수만을 없앨 수 있기 때문에, 응용이 기대되고 있다.
분자의 줄을 더 적극적으로 제어하려는 시도도 시작되었다. 일렉트로(electro) 스프레이 법은 전하의 도움을 빌려, 지금까지의 방식으로는 실현할 수 없었던, 늘려 자른 분자로부터 박막을 만들어 내는 수법이다. 이 수법으로 만든 막은 상당히 얇고 강하다는 특징이 있고, 연료전지, 의료, 전자 디바이스 등 다방면에의 응용이 검토되고 있다. 더욱이 진공 중에서 분자를 기판 위에 겹쳐 쌓아가는 연구도 진행되고 있다. 아직 기초적인 단계이지만, 장래적으로는 이제까지 없었던 성능의 태양전지와 분자소자로 연결 될 것이다.

극한적으로 추구하는 평가기술

아무리 새로운 것을 만들거나 미세한 가공을 해 봐도, 그것이 기대만큼의 성능을 나타내는지를 측정하여 평가하지 않는 것에는 이야기가 먼저 진행되지 않는다. 측정, 평가기술도 재료과학에 있어 중요한 요소이다.
재료에 보다 고도의 기능이 요구되게 되면, 분자 하나 하나를 보는 것과 같은 미소(微少)영역 측정, 1조분의 1초 사이에 일어나는 것을 조사하는 단시간 측정, 테라헤르츠(terahertz) 전자파를 이용한 측정 등, 이제까지 사용되지 않았던 기술이 필요해진다.
또한, 마이너스 270도 이하의 저온이나, 대단히 강한 자장 안에서의 측정이 필요하기도 하다.
이러한 측정을 할 때에는, 시판 장치가 없거나, 있어도 개조하지 않으면 안 되는 것이 많다. 유기재료에 적절한 새로운 측정 방법의 개발을 진행하고 있는 연구자도 있고, 그 중에는 개발한 수법으로 특허를 받아 벤처기업을 만든 사람도 있다.

나노 테크놀로지(Nano Technology)에 연결되는 길

여기까지로 유기재료 공학의 현재의 연구 내용을 간단히 소개하였다. 그리고 그 장래는, 보다 미세한 수준으로 물질을 억제하여 새로운 기능을 가진 재료를 개발하는 방향으로 진행되고 있다. 최근 유행하는 말로 하면, 재료공학은 나노 테크놀로지에 시프트(shift)해 간다. 나노 테크놀로지의 궁극은 원자와 분자를 완전히 억제하여 물건을 만드는 것인데, 그것은 확실히 재료 과학의 궁극의 수법과 일치하는 것이다. 특히 유기재료는 본래 분자라고 하는 나노 사이즈의 물질을 상대로 하고 있기 때문에 나노 테크놀로지와 친숙한 것이 좋다. 초 분자 화학과 자기 조직화 등 나노 테크놀로지의 태동이라고 말할 수 있는 연구가 세계적으로 시작되고 있다.

커리큘럼(curriculum)

여기까지의 이야기로 유기 재료 공학의 다양성을 이해할 수 있었으리라 생각한다. 화학, 물리로부터 생물관련의 지식은 물론이고, 연구에 따라서는 기계나 전자공학도 필요하게 된다. 이들 지식을 대학 4년간 배우는 것은 실질적으로 불가능하다. 그래서 많은 대학에서는 관련하는 막대한 영역 안에서 유기 재료 공학을 연구하는 코어가 되는 부분의 교육을 중심으로 실시되고 있다. 유기 화학이라든지, 물리화학이라고 불리는 과목이 그에 상당한다. 그리고, 대학원의 석사과정으로 각각의 분야에 맞는 영역의 학습을 실시하게 되어 있다. 학문은 급속히 계속 발전하고 있어, 그 결과, 역설적으로 들릴지도 모르지만, 최첨단의 지식은 눈 깜짝 할 사이에 쓸모 없게 되어 가기 때문에, 대학시절에는 최첨단의 지식을 이해하기 위한 기초를 확실히 만들어 둘 필요가 있다.

일본의 재료기술은 세계 Top Level.

지금부터 약 10년 전, 본인이 미국 유학 중에 인도인 친구에게 들은 것이 있다. [재료의 연구는 일본이나 미국에서 밖에 할 수 없다. 나는 일본어를 할 수 없기 때문에 미국에 왔다.] 미국의 대학에서도 재료에 관한 각종의 분석 장치는 상당 분야가 일본제품 이었다. 일본은 재료의 합성 기술, 응용 기술, 평가기술과 그것들에 관련하는 산업분야가 세계에서도 유례없을 정도로 균형 있게 성장하고 있다. 일본의 재료연구 환경은 산업계, 대학도 틀림없이 세계의 톱 레벨에 있다. 일본에서 재료의 공부를 하는 것은, 즉 세계의 Top 수준에서 재료의 공부를 하게 되는 것이다.

세라믹은 보물의 산

금속이나 금속 착체를 제외한 무기 고체 물질을 광의적으로 세라믹이라고 부른다. 무기 재료 공학이라는 것은 세라믹의 재료 과학을 취급하는 학문체계이다. 세라믹에는 무한의 가능성이 있다. 그것은 세라믹의 원소의 종류가 많은 것, 결정 구조가 다종 다양한 것, 화학결합도 또한 다양하다는 것에 의한다. 하나의 금속에 대해 산화물, 탄화물, 질화물, 호우화물 등이 있고, 그것들이 각각 금속의 가수에 따라 여러 종류의 상태를 취하는 것이 많다. 동일한 조성이라도 여러 종류의 결정 구조를 가지는 경우도 있다. 이렇게 해 보면, 세라믹의 종류가 얼마나 많은가를 알 수 있을 것이다.
그렇지만, 학문으로서의 세라믹의 수업이 일본에서 시작된 것은 단지 100년 정도 전의 일이다. 이것은 금속의 역사로부터 보면 극히 최근의 일이다. 그것까지는 경험과 감에 의지하는 재료기술이며, 주로 도자기와 유리 등의 산업이 주류였다. 그리고 과학자에 의해 기초연구가 본격적으로 시작된 것은 불과 60~70년 전부터이다. 이후 이 물질 분야의 놀랄 만한 많은 특성이 밝혀져, 후술하는 것과 같이 근대 테크놀로지를 지지하는 재료로서, 모든 산업분야가 이 재료를 필요로 하게 되었다.
우리들은, 물질로서의 다양성으로부터 아직 이 재료 분야의 성질의 아주 일부를 엿보고 있는 것에 지나지 않는다. 어느 날 갑자기, 전혀 예기치 않은 성질을 발견하는 세라믹이 나타나도 이상하지 않고, 지금까지도 그 반복이었다. 그렇다, 세라믹은 지금도 보물의 산인 것이다.

세라믹은 나노 테크놀로지

세라믹 연구의 기반, 기술개발의 원점은 원자나 이온의 입체 배열, 즉 결정 구조였다. 유리 등 결정이 아닌 것(비 정질)에 있어서도 그 나노 레벨(1밀리의 백만 분의 1)의 구조나 조성을 억제하는 것이 중심이었다. 그 점에서는 원래, 세라믹은 나노 테크놀로지의 분야라도 말할 수 있다. 근래에는 다른 물질들을 그것을 구성하는 원자를 1층씩 쌓아 올려 하나의 박막으로 조합하는 것에 의해(이러한 결정의 구조를 초 격자라고 한다), 단독 물질과는 완전히 다른 물질을 발견하는 새로운 재료도 개발되고 있다. 자연계에서는 절대로 실현되지 않는 구조의 물질을 원자 레벨로 만드는 것이 가능하게 되고 있다. 근래에는 원자나 이온 뿐 만이 아니라, 그 중에서 전자의 행동에 착안한 물질 설계가 요구되어 오고 있어 그것을 베이스로 한 전자, 분자 레벨로부터의 신 재료 개발이 주류가 되고 있다.

Made in Japan의 세라믹이 가능하게 한 IT 기술

여러분은 일본의 제조업이 세계 시장에 있어 확고 부동한 지위를 쌓아 올리고 있는 재료 기술을 어느 정도 알고 있을까? 전하의 축적, 방출과 직류에서 교류로의 교환이 가능한 적층 형 세라믹 칩 콘덴서, 충 방전의 반복이나 급속 충전이 가능한 2차 전지, 전압을 걸면 청색으로 발광하는 소자, 투명하고 전기를 흘려, 터치 패널(touch panel)이나 디스플레이에 불가결한 투명 전극, 플라스마(plasma) 디스플레이를 가능하게 하는 발광체…. 이들 기술은 오늘날의 IT 사회를 유지하는 하이테크 기술의 근간을 이루고 있고, 그 전부가 실은 세라믹인 것이다. 세라믹 없이 전자기기의 고성능화와 소형화는 완전히 불가능하다. 이러한 분야에서는, 일본이 세계 Top level의 기술을 가지고 있다. 여러분이 일상에 사용하고 있는 휴대 전화에는 몇 백의 세라믹 전자부품이 짜 넣어지고 있다. 세상에 사용되고 있는 전자 세라믹의 반 이상이 일본제인 것이다.

Made in Japan의 세라믹이 가능하게 한 환경 기술

전자 재료 분야만이 일본 세라믹의 독무대는 아니다. 여러분은 산화 티탄(Titan) 광 촉매라는 말을 들은 적이 있을 것이다. 화학식에서는 TiO² 로 쓰여지는 이 물질은 태양의 빛(정확히는 자외선)을 맞힌 것만으로 물을 산소와 수소로 분해 하거나(물의 광분해), 표면의 세균이나 더러움을 분해 하거나(항균, 오염방지), 수중이나 공기중의 환경 호르몬이나 다이옥신 등의 유해물을 탄산 가스와 물에까지 완전 분해하거나(환경 정화), 물을 전혀 튕기지 않게 되는(초 친수성 超親水性) 등의 성질을 발견하는 꿈과 같은 물질이다. 특히 초 친수성은 비가 내리는 것만으로 깨끗해 지는 유리(셀프 클리닝 유리)나 물방울이 묻지 않는 자동차 밀러 등 수 많은 공업제품에 이용되고 있다.
이 꿈 같은 성질은, 바로 10년 정도 전에 일본의 세라믹 연구자가 우연히 발견해 특허화 한 것으로, 일본 오리지널 기술이다. 이 기술 분야에서도 일본은 다른 나라를 압도하는 학술, 기술의 수준을 뽐내고 있고, 일본의 규격이 세계 표준이 될 가능성도 나오고 있다.
또한, 골절이나 골조 증상의 치료에 이용되는 인공 뼈의 분야에 있어서도 일본은 세계 톱 레벨의 기술 수준을 자랑하고 있다. 이러한 예는 세라믹이 사용되고 있는 전체의 극히 일부에 지나지 않는다. 그림을 보면 일목요연 나와 있는데, 세라믹은 이들 이외에도 극히 많은 분야에서, 다양한 형태로 사용되고 있다.

물리와 화학이 융합한 세라믹의 교육 체계

세라믹 재료 과학의 교육을 전문으로 실시하는 무기 재료 공학과가 학과로서 독립하여 존재하는 것은 일본에서는 동경 공업 대 뿐이지만, 많은 대학에서 재료 공학과, 물질 공학과, 응용화학과, 공업화학과 등 중 여러 강좌가 세라믹을 취급하는 연구실이 있어, 세라믹의 교육을 받을 수 있다.
동경 공업 대에 있어서의 세라믹의 교육 체계에서는, 학부 저학년에서는 물리학, 화학, 공업 수학 등 기초 과목을 배우면서, 무기화학, 양자 화학, 열역학, 반응 속도론 등 물성 과학과 프로세스 과학의 기초가 되는 과목을 심도 있게 배운다. 학부 고학년 에서는 세라믹 재료의 보다 상세한 전자 물성, 광물성, 기계물성, 열물성, 결정화학, 합성법, 상평형, 평가법, 계면 화학 등을 배우고, 세라믹에 관한 지식을 깊게 한다.
세라믹에 한정하지 않고 재료의 개발에는 호기심, 적극성, 발상성이 요구 된다. 학생 실험에 있어서 문제 발견력, 해석력, 표현력 등 강의에서는 얻을 수 없는 능력을 습득해, 학부 4년 차에서는 각자 개별의 졸업 연구에 임한다. 물리와 화학이 반씩 융합한 것 같은 학문 체계가 특징이지만, 근년 이 폭은 한층 넓어지고 있고, 연구 내용에 따라서는 생물학에 관여하는 경우도 있다.
재료 과학으로서의 세라믹은, 더욱 더 고도하고 세분화의 경향이 있어, 근년 학부 4년 동안에 충분한 응용적 소지까지를 몸에 익히는 것이 곤란하게 되고 있다. 이 때문에 많은 학생이 대학원 석사 과정에 진학 하고, 일부의 사람은 한층 더 고도한 지식과 연구 능력을 기르기 위해 박사 과정에 진학 한다.

취직처나 생활 분야는 무한

과학 기술의 획기적 진보는 재료에 의해 초래되고 있는 예는 많다. 재료 기술은 과학 기술의 발전 사이클에 대해서 열쇠의 역할을 다하고 있다. 먼저도 말한 것처럼 일본의 세라믹 기술은 세계의 톱이다. 따라서 일본에서 받게 되는 무기 재료 공학의 교육도 또한 세계 톱 수준이다.
대학에서 오늘 세라믹을 배운 졸업생은, 종래와 같은 소재계(유리, 시멘트 철강 등) 뿐 만 아니라, 기계, 전기, 정보, 건축, 양품 등 모든 제조업 분야에서 필요하게 되어 활약하고 있다. 또한, 산업계 뿐 만이 아니라 독립 법인(국립)의 연구소나 각지의 공적 연구 기관, 대학 등에서 일본의 세라믹 기술을 지지하는 기초 연구자로서 활약하는 사람도 많다.

꿈을 추구하는 여러분이 필요.

주위를 보아라. 세라믹에 한정하지 않고 플라스틱, 금속, 목재 등 모든 종류의 재료가 여러 가지 형태로 짜여 합쳐져, 여러분에게 도움이 되는 물건이 만들어지고 있다. 재료는 공학 기술의 기초이며, 21세기도 재료를 제복(制覆)하는 사람이 기술을 억제할 것이다. 산화 티탄 광 촉매, 청색 발광 다이오드, 카본 나노 칩….. 새로운 재료는 차례차례 개발되고 있다. 그들 재료는 여러분에 의해 활용되는 것을 기다리고 있다.
휴대 전화와 같은 통신 수단이나 그것을 이용한 사진화상의 전송은, 30년 전에는 SF 소설 속의 이야기 였다. 그것이 지금은, 세라믹에 의해 가능해 지고 있다. 청색 발광 소자도 20세기 내의 실현은 곤란할 것이라 했지만, 20세기 중에 실용화해 버렸다. 지금 여러분이 머릿속에 그리고 있는 꿈의 생활도 30년 후, 어쩌면 가능하게 되어 있을지도 모른다. 그것을 실현하는 것은 혁신적인 재료의 개발에 달려 있다고 말할 수 있을 것이다. 일본의 테크놀로지를 유지해 가고 있는 것은 다른 누구도 아닌, 젊은 여러분 인 것이다. 꼭, 그 기개를 가지고 세라믹 재료 과학의 세계에 뛰어 들어 오면 좋겠다. 이 매력 있는 재료 분야에서 세계의 테크놀로지 프론티어를 목표로 하자.

21세기를 만드는 재료 공학

재료는 에너지, 정보와 함께 인간 사회를 형성하는 기본 요소이다. 오늘날과 같이, 환경 문제가 발생하고, 경제 정체의 시대에 있어서는, 이론을 구체화 하는 재료의 개발이 더없이 중요한 의의를 가진다.
21세기의 Key Technology는 재료이다. 전세계를 하나로 하는 정보화 시대에는, 대용량의 고속 통신이 필요하고, 그것에는 고속 대용량 컴퓨터, 고효율의 광파이버(optical fiber)가 필요해 진다. 우주 개발, 해양 개발에 있어서도 재료 혁신을 빠뜨릴 수 없다.
고령화 사회에 대응하기 위해, 우수한 감성을 가진 재료를 개발 할 필요가 있다. 환경 문제의 해결에도 재료가 완수하는 역할은 크다. 리사이클(recycle) 가능한 재료, 생분해성 재료(천연물과 같이 자연 환경하에서 무해하게 분해하는 재료)의 응용도 가까이에 있다.
지구 온난화, 오존층 파괴를 야기하는 탄산 가스나 프레온(flon)의 처리 기술, 깨끗한 에너지의 개발에는 [재료공학]이 필요하다. 즉 [재료공학]은 우리 생활을 지키고 풍요롭게 할 수 있는 재료가 안고 있는 문제를 해결하여, 신 재료를 개발하기 위한 기초를 부여하는 것을 목표로 하고 있다.

종합 재료 공학의 필연성

재료에 대한 요구를 만족시키는 연구자나 기술자를 양성 하기 위해, 다른 타입의 재료 공학이 있다.
단독 재료 공학 형 : 금속계 재료 공학과, 유기 재료 공학과와 같이, 각종 재료의 어느 것 하나에 집중 하는 것으로, 스페셜리스트(specialist) 양성형.
복합 재료 공학 형 : 금속, 고분자와 같이 코스 분류가 되어 있다. 개별 분야를 배우는 것과 함께, 다른 분야도 학습하여 지식의 폭을 넓힐 수 있다.
종합 재료 공학 형 : 재료에 대한 요구가 다양화 하여, 종래와 같이 각 분야에 세분화 된 입장에서는, 이것에 응하는 것이 어려워 졌다. 이것에 응하는 것이, 앞의 두 개와는 다른 종합 재료 공학 이다.
종합 재료 공학에서는 종래 재료의 고정관념에 사로 잡히지 않고, 물질이 모두 원자나 분자의 집합체라는 관점으로부터 재료를 통일적으로 배우는 것에 특징을 가진다. 그것으로부터 신 재료의 개발 및 응용 능력도 몸에 익혀, 학제 영역의 분야에도 유연하게 대응 할 수 있다. 모든 재료에 대응 할 수 있는 머티리얼 디자이너 양성형 이라고 할 수 있다.

종합재료 공학형의 교육

나가사키(長崎) 대학 공학부에서는 쇼와 45년 4월, 전국에서 먼저 종합 재료 공학형의 재료 공학과를 개설하였다. 그곳에서는 재료 전반에 공통 되는 제조, 가공, 구조, 물성의 상호 관계에 대한 기초 지식을 습득한다. 그리고 재료의 평가와 선택, 재료의 적절한 사용 및 열화 방지와 리사이클 대책, 요구하는 특성을 만족하는 재료 디자인과 그 제조, 가공의 방법론과 문제 해결법의 습득에 정통한 기술자·연구자의 양성을 목표로 하고 있다.
금속에서 세라믹, 플라스틱까지 배우는 것은 매우 힘든 일이라고 생각할 수 있을지도 모르지만, 결코 그렇지가 않다. 상태도, 결정 구조, 격자결함, 통계열역학 등, 어느 것도 각 재료에 학문으로서 공통되는 것이다. 대상으로 하는 재료가 다른 것뿐 이다.
게다가 재료의 깊은 이해와 연구를 희망하는 자에게는, 대학원 박사 과정 전기(학사 2년), 후기(박사 3년)가 있다. 대학원에서의 교육도, 종합 형으로 시행되지만, 연구는 보다 폭 넓게 전문화·고도화 한다.

종합재료 공학의 커리큘럼

나가사키 대학을 예로 서술하면, 1년 차에서는 주로 사회 생활에서 필요한 기초 학문의 강의이지만, 전공의 기초가 되는 강의도 있다. 「재료 공학 입문 세미나」의 강의는 재료공학에서 무엇을 배우는지를 이해하고, 주변의 것을 스스로 조사하여 보고한다. 대학생이 된 것을 실감 할 수 있는 때이다.
2, 3년 차가 되면, 원자·분자 레벨에서 본 재료 공통의 사고 방식과, 재료 개개의 화학과 물리를 상세히 배운다. 이에 더하여 3년 차에서는 재료의 설계 개발의 기초가 되는 수업 외에, 실험·실습에서 “물건 만들기의 즐거움” 과 “기기 조작의 기초”를 몸에 익힌다. 더욱이 이들 재료의 기초에 서서 , 기계, 전자, 건축을 하나의 공학 분야로서 깊게 재료의 응용 면에서 배울 수 있는 것과 같이, 기계, 전자, 건축 분야에 관련하는 학과의 강의도 열리고 있다. 여름에는 인턴 제도에 의해 기업에서 공장 실습도 있다.
(위에 게시한 「나가사키 대학 공학부의 커리큘럼」참조. 아직 본 커리큘럼은 졸업하면 기술사보의 국가자격을 취득할 수 있는 프로그램으로서 신청 예정이다).

신 재료를 추구하는 연구

졸업 연구나 대학원에서의 연구는 고성능·고기능 재료를 추고하고, 교수의 지도를 기초로 학생의 독창성을 살리면서 진행된다. 각 대학에서는 신 재료를 추구하고, 많은 분야에서의 연구를 시행하고 있다.
만약, 몰두해보고 싶은 테마가 있다면, 그 분야에 우수한 연구실을 대학의 홈페이지나 책에서 조사하여, 그 연구실의 문을 두드리는 것이 좋다. 좋아하는 것이라면 얼마든지 노력할 수 있고, 즐거운 학생 생활이 약속된다.
연구 테마를 들면 일일이 열거할 틈이 없다. 나가사키 대학에 있어서는, 다방면에 걸쳐 신 재료의 개발·연구를 활발히 시행하고 있다. 일례를 들어보자.
● 저품위 열에서 전기를 빼내는 열전반도체
● 에너지 변환용 수소 전지
● 고감도 가스 센서
● 플라스마( plasma)를 이용한 환경 오염 물질의 제거
● 스페이스 셔틀(space shuttle)용 내열 재료
● 외부자극 응답성 겔(인공 근육 재료)
● 환경에 우수한 소프트 머티리얼.

졸업후의 진로

졸업후의 진로는, 재료를 사용하지 않는 기업이 없기 때문에, 취업율은 거의 100%이다. 철강·비철금속, 섬유, 플라스틱, 고무 등의 화학 메이커, 가전, 정보기기제조 메이커, 정보산업, 자동차, 세라믹 메이커 등외에 관공서, 학교관계와 모든 분야에 있어 광범위하게 선배들이 활약하고 있다.

금속·유기·무기와 폭넓은 분야의 재료를 연구

연구의 대상이 되는 재료는, 금속 재료, 유기 재료, 무기 재료로 대별된다. 각종 재료의 어느 하나를 집중하여 연구하는 스페셜리스트(specialist) 양성형 학과로서, 금속 공학과, 유기 재료 공학과, 유기재료 화학과, 무기 재료 공학과 등이 있다.
재료 공학과에서는 금속·비금속에 얽매이지 않고 물질이 모두 원자나 분자의 집합체라는 관점으로부터 재료를 통일적으로 배운다. 물리, 화학의 기초적인 것을 기본적으로 탐구하고, 각종 재료의 재질로부터 연구한다. 배우는 내용은, 대체로 공학과 이학에 걸쳐 있다. 고도로 발달한 각종 공업계에서 요구되고 있는 공업 재료의 제문서를 금속·유기·무기 재료학 등을 종합한 학문체계의 토대에서 고찰하는 것을 목적으로 하고 있다.
기능재료 공학과, 재료 기능 공학과에서는, 종래의 광 기술, 일렉트로닉스(electronics), 에너지에 관련한 신 기능 재료의 물성 평가·합성·개발 등을 시행한다. 대상이 되는 재료는, 광자기 디스크(disk), 반도체, 파인 세라믹스(fine ceramics), 고분자 재료, 하이브리드(hybrid) 재료, 전자재료 등 다방면에 걸친다.
기능 고분자 학과, 기능 고분자 공학과, 고분자 학과에서는, 고분자 화학의 기초를 폭 넓게 배워, 의료용·생체 적합 재료, 우주·항공재료, 인텔리전트(intelligent) 재료 등의 고분자 재료 전반에 관한 화학과 기초 기술을 습득한다.
머티리얼(material) 공학과, 머티리얼 과학과, 첨단 머티리얼 공학과에서는, 자성 재료, 첨단 재료, 의료·복지 재료, 고성능 재료, 플라스틱 복합 재료 등의 폭 넓은 재료를 연구 대상으로 한다. 머티리얼의 창제로부터 리사이클에 관한 연구까지 다양한 재료의 구조나 기능에 관한 연구 등을 실시한다.