1. 명칭
1.1. 재료공학과 신소재공학
Materials Science & Engineering(MSE)이라는 용어는 국내에서 주로 '재료공학'과 '신소재공학' 두 가지로 불린다. 그래서 이 항목도 신소재공학과에 리다이렉트가 걸려 있다. 두 가지 이름 때문에 교육과정에 차이가 있는 것은 아니며 학과의 이름보다는 각 학과 교수의 전공, 전문분야 등에 따라 학과 교육과정이 다를 수 있다.기본적으로 재료가 한국어에서 가장 온전한 Materials의 대응어이므로 해당 학과명을 사용한다. '재료'공학이라는 이름이 음식 재료 등을 떠올리게 하거나 수준이 낮아 보일 수 있으며, 영어 Materials와 한국어 재료가 가진 의미나 뉘앙스가 완전히 같지 않다는 점에서 재료라는 번역어가 온전하다고 하기는 어렵다.
재료공학이 가진 학과명이 충분히 만족스럽지 못하다고 여기는 경우 신소재공학을 사용한다. 또한 최근에는 기성재료를 벗어난 신소재에 대한 연구가 중요한 주제 중 하나로 자리잡고 있다.
그러나 신소재의 개발 및 연구라는 것은 재료공학에서 다루는 많은 영역들 중 단지 한 부분일 뿐이기 때문에 재료공학이 갖는 본연의 임무를 온전히 표방하지 못하는 학과명이라는 비판이 있다. 특히 원어와 비교하면 재료공학보다 오히려 더욱 거리가 먼 번역인 셈이다. 솔직하게 말하면 위에서 말한 이유들은 다 핑계에 불과하고 다른 많은 학과들이 그랬듯이 고등학교 수험생들에게 좀 더 딱딱하지 않고 신세대 느낌으로 보이도록 어필하고 싶은 이유가 더 크다.
하지만 서울대 만큼은 명칭에 상관없이 영재고와 그 외 등에서 최고 수준의 고등학생을 수급할 수 있고, 이미 서울대에 지원할 수준이면 재료공학 분야에 대해 자세히 알아보기 때문에 재료공학이라는 이름을 유지하고 있다.
재료공학에서는 크게 금속, 세라믹, 고분자를 다룬다.
하지만 현재 한국에서 일반적인 신소재공학과(재료공학과)에서는 금속과 세라믹 같은 무기재료를 주로 다룬다[1].
고분자 같은 유기재료는 신소재공학과에서 다루기도 하지만, 그보다는 고분자공학과(유기소재공학과)나 섬유공학과에서 더욱 전문적으로 다루는 경우가 많다.
학교와 학과에 따라 중점을 두는 재료가 다르기 때문에 학과명보다는 그 학과의 커리큘럼을 살펴보고 어떤 재료를 중점적으로 다루는 학과인지 개별적으로 판단해야 한다.
1.2. 무기재료
한때 서울대학교, 한양대학교 등 많은 대학들이 과 이름으로 무기재료공학과를 채택한 적도 있었다.[2] 여기서 '무기'(無機)는 무기질, 미네랄을 의미하는 단어이다.그런데, 많은 고등학생들이 학과 이름만 보고 전차, 총기, 함선, 전투기 등의 무기(武器)를 떠올렸다.[3] 대학 및 과 입장에서는 더 많은 학생이 몰리고, 커트라인이 올라가고, 결과적으로 더 성적이 좋은 학생이 합격하게 되면서 이를 알면서도 굳이 고치려고 하질 않았었다.
하지만, 학생들이 입학 후에 학과의 진실(?)을 알게 되면서 문제가 되었다. 그냥 포기하고 다니는 경우도 있었지만, 학과에 흥미를 잃은 채 4년을 보내고 졸업장만 받는 경우도 흔했다. 아예 입학을 포기하거나, 자퇴해 버리고 재수하는 경우도 많았고, 편입을 이용하여 타 학과로 탈출하는 경우도 많았다.
결국 학과의 학생수 감소라는 치명적인 문제점이 드러나자 그제서야 학과명을 변경하였다. 나중에 이름을 세라믹공학과으로 바꾸거나, 과의 범위를 넓혀서 본 문서 제목처럼 정확하게 '재료공학과'로 바꾸었다. 좀더 나중에 나온 이름인 '신소재공학과'로 변경하기도 하였다. 최근에는 대부분 재료공학과와 신소재공학과 둘로 나뉘는 추세이며 둘중에는 신소재공학과 쪽이 더 많다. 따라서 재료공학 계열 학과는 일반적으로는 신소재공학과 또는 신소재로 불리는 경우가 많다.
재료공학과, 신소재공학과는 동일한 똑같은 과 이름이라고 보면 된다.
2. 대학
2.1. 학부 교육
대학교에 따라 커리큘럼의 차이가 굉장히 큰 편이다.
앞서 말했듯 여러 학문을 엮는 공학인데다가, 애초에 학교별로 재료공학과의 전신이 다 제각각이었기 때문이다. 이를테면 포항공대처럼 포스코의 영향을 강하게 받아 금속공학과에서 출발하여 금속 분야에 중점을 둔 학교들이 있는 반면[4], 요업공학과(세라믹, 도자기 관련)가 전신인 대학도 있고 섬유공학에서 바뀐 대학들도 있다. 혹은 이런 금속공학과 + 세라믹공학과 식으로 전공을 통합한 학교도 있다. 그러다보니 교수들이 주력으로 연구하는 분야도 학교마다 다 달라서 자연스럽게 커리큘럼도 해당 분야의 비중이 높아질 수밖에 없다.
따라서 어떤 특정한 분야의 재료를 공부해보고 싶어서 재료공학과에 진학하려고 하는 학생이라면 해당 학교의 학과 홈페이지에 접속하여 교과과정으로 어떤 전공 수업들이 주로 개설되는지, 교수진들은 주로 어떤 학문을 전공했는지 한 번쯤은 확인을 해 볼 필요가 있다. 만약 해당 대학교에 자신이 공부해보고 싶은 분야를 다루는 교수가 없거나 교과과정에서 중점적으로 다루고 있지 않다면 그 분야에 대해서 깊게 공부하는데 어려움이 따를 수 있다.
2.1.1. 교양 과목
2.1.2. 학부 중심 교육과정
서울대학교 재료공학부 전공 교육과정
카이스트 신소재공학과 전공 교육과정, 강의계획서
포스텍 신소재공학과 교과과정
- 앞서 언급했듯이 교수진들의 성향이나 전공 등에 따라 주요 교육과정이 꽤 다르다.[7] 도식적으로 나타내면 다음과 같다.
| 기초 및 필수 과목[8][9] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 재료공학개론(입문) | 재료역학 | 물리화학 | 무기화학 | 유기화학 | 결정학/X선 회절 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 금속재료/야금학 | 재료의 기계적 특성 | 상변태 | 재료의 전자기적 물성 | 고분자공학 | 세라믹스 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
- 분류
- 교과목
- 교재
- 입문
- 재료공학개론(Introduction to Materials Science and Engineering): 재료공학이 어떤 학문인지를 알게 되는 개론 과목이다.
- Callister & Rethwisch - Materials Science and Engineering 가장 많이 사용되는 입문서. 전공 내용을 거의 한번씩 훑으면서 모두 모아놓은 책이라고 볼 수 있다. 다만 내용에 너무 이것 저것 다 넣어놓은 감도 있어서 호불호가 갈린다. 물리화학을 익히고 가면 연계가 꽤 된다.
- 기계적 물성 및 구조재료
- 재료역학/고체역학(Mechanics of Materials/Solid Mechanics): 물리학 중에서도 역학, 그중에서 연속체역학(고체역학)을 주로 배우게 된다. (모르겠으면 역학돌이 기계공학과 친구한테 물어보자...) 많은 학부생들이 처음 텐서물리량을 접하게 되는 과목. 재료를 원자관점에서 보지 않고, 연속체(Continuum)로 보고, 응력(Stress)과 변형률(Strain)을 행렬(텐서)로 다루면서 힘의 분포에 따라 생기는 재료의 변형 등에 대해서 다루게 된다. 미적분과 선형대수, 고유값-고유백터 문제를 잘 다루어야 한다. 대체로 이 과목에서는 '실제로 재료가 어떠한가?'보다는 어떻게 재료의 거동을 수학적으로 다룰것인가? 에 중점을 둔다.
- Shames & Pitarresi의 Introduction to Solid Mechanics를 주로 사용한다. - 재료의 기계적 특성/재료강도학/재료거동학(Mechanical Properties of Materials): 선수과목은 재료역학이다. 재료역학에서 연속체재료의 변형을 수학적으로 다루는 스킬을 배웠으면, 본 과목에서는 연속체가 아닌 실제재료의 미세구조와 역학적 특성을 원자구조적관점에서 배운다. 재료역학과 실제재료를 연결하는 과목. 구체적으로는 결함, 전위와 결정립(Grain), 결정립계(Grain Boundary)이 재료의 거동에 어떤 영향을 미치는지, 재료의 변형 메커니즘(Dislocation Slip, Creep, Dislocation Creep 등) 및 취성, 파괴, 피로 등과 그 공학적 응용에 대해서 배운다. 결정립, 결함, 전위 등은 재료공학의 아이덴티티라고 할 만큼 중요한 개념이기 때문에 잘 알아둘 필요가 있다. 그리고 이 과목은 기계공학과에서도 선택과목이자 재료역학의 심화과목으로 가르친다.
또한 야금학 과목으로 가르치기도 하고, 분리해서 가르치기도 한다. 구조재료에 사용되는 대부분의 재료가 금속합금이기 때문.
- Dowling - Mechanical behavior of materials
- 현대물리
- 현대물리학/양자역학(Modern Physics/Quantum Mechanics): 양자역학의 개념 및 수학적 기초에 대해서 배운다. 간단히 말하면 양자역학의 기초에 대해서, 전자의 통계적 분포 와 특정 퍼텐셜 내에서 슈뢰딩거 방정식을 푸는 스킬을 배운다. 오비탈에 사용되는 모든 양자수를 (스핀양자수 제외) 오직 슈뢰딩거 방정식만으로 도출해내고, 그 이후 여러가지 근사법이나 몇가지 주제들에 대해서 탐구하는 방식으로 진행한다.
보통 현대물리학이라고 하면 양자역학과 상대성이론이 두 축을 이루지만, 재료과에서는 미시적 상태를 주로 다루고, 상대론적 스케일의 동역학(dynamics)를 잘 다루지 않기 때문에 현대물리학이라는 이름 하에 개설된 과목의 경우에도 상대성이론은 보통 공부하지 않는다. 미분방정식과 푸리에 변환, Hermite 연산자 등 수학적 스킬을 많이 다루기 때문에 조금 어려울 수 있다. 과목 자체도 쉬운 과목이 아니지만, 가르치는 교수님에 따라서는 정말 미칠듯이 어려워 지는 경우가 있다. 특히 물리학과 출신의 교수님들이 그런 경향이 있는데, 이런 경우 상대성이론까지 포함시켜 가르치는 경우도 있어서 학생들 입장에서는 가히 죽을 맛이 된다.
- Grififiths - Introduction to Quantum Mechanics 물리학과의 3학년 교재로, 약간 난이도가 있는 편이다. 물리학과에서는 formalism이 빈약하다고 비판받기도 한다는 점이 충격적.
- Beiser - Concepts of Modern Physics 쉬운 편. 물리학과에서 개설될 경우 2학년 교재로 사용된다. - 재료의 전자기적 특성/고체물리학(Electronic Property of Materials): 전자에 의해 나타나는 재료와 고체물질의 특성에 대해서 배운다. 물리학의 고체물리학에 이론적 기반이 있다. 고체물리학 역시 양자역학적 이론을 바탕으로 하고 있기 때문에 현대물리/양자역학 과목을 선이수 하여야 한다. 슈뢰딩거 방정식을 주기적 전기퍼텐셜에서 풀어서 브릴루앙존과 에너지-K 다이어그램을 그려서 에너지의 Band Structure를 유도해내고, 그로부터 전자의 거동을 예측하고 도체, 반도체 등의 전기 특성, 광학특성, 자성, Phonon 등에 대해 탐구한다. 교수에 따라 따라 다르지만 대체로 물리학과의 고체물리에 비해 수학 및 이론적 엄밀함은 덜한 편이고. 정성적으로 배운다. 교수에 따라 반도체 device나 태양전지, 디스플레이, 레이저 등의 메커니즘에 대해서도 간단히 다룰 수 있다. 학부에 따라 아예 고체물리학 과목을 개설한 경우도 있다.
- Bube - Electrons In Solids 꽤 어려운 편. 책은 얇으나 69000원 정도 가격이다.
- Hummel - Electronic Properties of Materials 상대적으로 쉬운 편. 이론 내용과 수학이 적은 편이고 공학적에 대한 이야기가 상대적으로 많다.
- Kittel - Introduction to Solid State Physics 고체물리 교재로 상당히 어려운 편이다. 수학이 꽤 필요해서 기본과목이 약하면 공부하기 어려움.
- Omar - Elementary Solid State Physics 고체물리 교재, Kittel에 비해 쉬운 편
- Livingston - Electronic Properties of Engineering Materials
- Kasap - Principles of Electronic Materials and Devices
- 결정학
- 결정학(Crystallography): 결정(Crystal)을 이루고 있는 재료의 구성 원자가 공간상에서 이루고 있는 구조에 대한 기하학적인 분석을 다루는 과목. 전공필수에 포함되어 체계적인 교육을 시키는 곳이 재료공학 외에는 없을 정도로 마이너한 학문이다. 다른 과에서는 고체물리학이나 무기화학, 분광학등에서 가르치거나 아예 대학원에 가야 배운다. 재료의 물성은 구조를 먼저 파악해야 이해할 수 있으므로, 결정질 재료의 구조를 기술하는 데 쓰이는 결정학은 세라믹과 금속 합금 분야의 기반이 된다. 주로 배우는 것은 격자의 대칭조작과 점군, 공간군, 역격자(Reciprocal Lattice) 분석, X선회절(XRD) 등이다. 격자 대칭분석이 굉장히 추상적이고 공간지각적 사고가 필요해서 어려울 수 있다. 학부과정에서는 준결정에 대해서는 배우지 않는다.[10] 이미 확립된 분야이기 때문에 밝혀지지 않은 내용이 없어서 도전적인 분야는 아니다. 다니엘 셰흐트만이 준결정을 발견했을 때 라이너스 폴링이 "준결정은 없어도 준과학자는 있다."면서 대차게 까면서 결정학 교과서나 다시 보라고 했다는 설화는 유명하다.
흑역사얼마나 마이너한지, 결정학 과목의 주교재는 한국어 번역본이 없을 때가 많다. 원서조차도 절판일 때가 많다. 대학원에서도 결정학은 전공한다기보다는 당연히 알고 있어야 하는 학문 취급을 한다. 그런데 이 분야에 특출난 재능을 가지고 있거나, 결정학에 심취해 깊게 연구하면서 실력있는 결정학자(crystallographer) 타이틀을 갖게 되면 공저자 논문이 마구 늘어나는 마법이 벌어진다.[11] 화학과에서는 무기화학에서 다루는 대칭조작에서 맛보기로 공부할 수 있다.
- 열역학과 상평형론
- 물리화학: 물리화학과 열역학 과목이 각각 있는 경우 보통 물리화학1(열역학 파트)를 배우고 물리화학2(통계역학 파트)을 배운 후 (재료)열역학을 다시 배우는 커리큘럼이다. 더럽게 우려먹는다.
- Atkins - Physical Chemistry 물리화학. - 재료열역학(Thermodynamics of Materials): 재료의 상변태 등에 수반되는 열역학적 이론을 배우는 과목. 보통 물리화학과목이 함께 개설되어 있으나, 학교에 따라 통합해서 가르치기도 한다. 기계공학과에서 다루는 (공업)열역학, 화학공학과에서 다루는 화공열역학과는 많은 차이점이 있다. 재료공학과에서는 용액열역학, 상평형, 상분리 등에 대해서 중점적으로 다룬다. 기존에 재료공학에서는 닫힌 계를 다룬다고 써져 있었는데, 상변화 과정에서는 상 간의 물질 및 에너지 교환이 일어나므로 열린계이다. 다만 물리화학에서 재료공학에 필요한 것들만 추려내어 다루는 교수들도 있는 듯 하다.
- Gaskell - Introduction to the Thermodynamics of Materials 열역학 교재로 가장 일반적. 스테디 셀러이나, 통계역학 챕터가 너무 부실하다.
- 류한일 - 재료열역학 한글교재로 설명이 잘 쓰여져 있는 편이다. 다만 문제는 Gaskell을 많이 참조한 것 같다.
- DeHoff - Thermodynamics in Material Science - 상평형론(Phase Equilibria): 여러 가지 합금과 재료들의 상평형도(Phase Diagram)을 해석하는 법을 배우는 과목. 재료과를 전자과, 화공과, 기계과와 차별화하는 과목이고, 그래서 재료과 출신들은 거의 대부분이 상평형도를 읽을 줄 안다. P-T-C 상평형도로부터 재료의 미세구조(microstructure)와 그에 이르는 여러가지 물성들을 예측할 수 있는 등 매우 유용하다. 이 과목은 상변태 과목과 유사하나 상평형론을 해석하고 미시적인 부분에서 이해한다는 점이 차이점이다. 학교에 따라 상변태 과목이나 재료공학개론과 함께 가르치는 경우가 있다.
- 상변태(Phase Transformation): 특정 온도, 압력, 조성에서 나타나는 재료의 상(phase) 및 상의 변태에 대한 이론을 배우는 과목. 열역학(Thermodynamics)과 키네틱스(Kinetics: Chemical Kinetics, Physical Kinetics)를 바탕으로 배우게 된다. 초반부에는 Thermodynamics와 Diffusion에 대해서 주로 배우며, 후반부에 상변태에 이를 적용하여 분석한다. 특히 상평형도로 유추하기 어려운 비평형 상변태를 분석하는 것이 하이라이트. 대체로 금속의 액상-고상 또는 고상간의 상변태에 대해서 다룬다. 금속상변태를 다루는 이유는 금속이 가장 간단한 모델로 나타낼 수 있기 때문. 고분자와 세라믹은 정확히 규명되지 못한 부분이 많고, 내용도 어렵다보니 학부 과정에서는 거의 다루지 않는다. 여담이지만, 과목명이 상변태인 탓에 국내 검색엔진에서 성인 불법정보라며 결과가 검색되지 않던 시절도 있었다. 과학 공부에 매진하는 학생들 입장에서는 어안이 벙벙한 일이었다. 네이버 측에서 2012년쯤 민원을 받고 해결해줬다고 한다.
- Porter - Phase Transformation of Metals and Alloys
- 금속
- 금속재료/야금학(Metals and Alloys/Metallurgy): 금속재료와 합금재료의 물성에 대해 배운다. 야금학은 인류가 금속을 제련하기 시작한 이래로부터 오랜 기간 동안 확립된 학문이기 때문에 현상에 대한 관찰은 잘 이루어져 있지만 실제로 해당 현상이 일어나는 기구 등에 대해서는 아직 논쟁거리가 많다. 금속의 경우 전자재료보다는 구조재료적 목적에서 탐구하는 경우가 많다. 실제 재료의 전반적 물성을 아우르는 분야이기 때문에 기초과목들을 잘 숙지하여야 한다.
- Dieter - Mechanical Metallurgy
- 유기재료 및 고분자
- 유기화학(Organic Chemistry): 유기화학은 고분자소재를 다루는데 기초가 되기 때문에 배운다. 여러가지 탄소화합물의 거동과 화학적 특성을 배우는 과목이다. 고체역학이나 양자역학 등 물리 베이스와 달리 정말 진성 암기과목이다. 실제 전자의 거동은 양자역학적으로 행동하므로 유기화학에서의 메커니즘과 정확히 들어맞지는 않는다. 그러나 직관적으로 전자의 이동과 반응을 개략적으로 예측하는데 요긴하며, 실제로 꽤 잘 들어맞는다. 전공시험이나 자격시험 준비시에는 정말 암기의 끝을 알 수 있는 과목이다. 탄소화합물의 반응에 대해서 주로 배우는데, 반응물, 생성물, 조건을 보통 달달 외우고 있어야 한다. 만일 고분자, 생체재료에 관심이 있다면 유기화학을 반드시 익히길 추천한다.
- 기타
물리, 화학, 화공, 전자 등에서 배우는 내용을 광범위하게 걸쳐서 배우기 때문에 넓게 공부하고 관심분야에 따라 적용범위가 넓다는 장점이 있으나 학부과정에서의 학문적 깊이가 얕고 아이덴티티가 엷은 것이 단점이다. 한 마디로, 넓고 얕다. 응용 뿐만이 아니라 재료의 물성 그 자체에 대한 탐구를 굉장히 중시한다는 재료공학이라는 학문의 특성 상 공대 중에서 가장 자연과학스러운 커리큘럼을 배우는데 다루는 주제도 물리학이나 화학과 인접되어있는 것이 많지만, 대체로 기계과나 화공과처럼 대량생산이나 공정, 공장설계, 자동화 등 산업시설에 필요한 부분은 주요 관심이나 주제 밖인 편이고, 설령 관련 과목이 있다고 해도 전공 필수에는 하나도 없고 전공 선택과목으로 주로 있는 편이다.
그렇지만 학부과정에서 자연과학을 아주 깊이 있게 배우는 것은 또 아니다. 양자역학이나 고체물리를 좀 건드리지만, 물리학과 만큼 깊게 배우지는 않고, 유기화학도 화학과나 생물학과만큼 배우지 않는다. 재료역학 역시 기계과에 비해 쉽게 배우며, 바이오 재료 등의 과목에서는 세포생물학을 겉으로 배우기도 한다. 수학의 경우도 전자공학과, 화학공학과, 기계공학과 등 여타 학과에 비하면 사용하는 범위가 확실히 좁은 편이고,[12] 사용 빈도도 낮은 편이다. 그래서 타 학과 과목 중 전공선택으로 인정해주는 과목이 꽤 많다.
굳이 말하자면 열역학을 가장 많이 배운다고 볼 수 있겠다. 방법론은 열역학, 양자물리, 화학, 결정학과 결함론 등 여러 학문을 짬뽕해서 사용한다.전공자도 내가 뭘 배운건지 헷갈릴 때가 있다요약하자면, 학부 과정에서는 배움의 폭이 넓은 대신, 각각의 깊이는 부족한 것이 특징이라면 특징인 학과라고 볼 수 있다.[13]
2.1.3. 학부 기타 교육과정
전공 필수 이외의 과목은 학교별로 정말 차이가 많이 난다. 재료공학이 여러 학문의 융합으로 이루어져있고 물리, 화학 등에 걸치는 분야가 많기 때문. 학과 교수의 연구 및 전공분야에 따라서 크게 다르니까 진학을 고려하고 있는 학생은 해당 대학의 커리큘럼을 잘 참고하도록 하자.[14]- 금속
- 금속재료학(Structure and Properties of Alloys): 철-탄소 합금(Iron-Carbon Alloy), 탄소강 (Carbon Steels), 합금강(Alloy Steels), 알루미늄 합금, 구리 합금, 스테인리스강, 주철(Cast Iron), 티타늄 합금, 표면 경화(Surface Hardening), 니켈과 코발트 합금 등을 다룬다. 교재는 Smith를 주로 사용한다.
- 제련공정/제련공학(Extractive Metallurgy): 광물에서부터 금속을 만드는 방법. 열을 가해 광물을 녹여서 금속을 제련해 내는 건식 제련법과, 전기 분해를 이용해 금속을 제련하는 습식 제련법의 원리나 응용 등에 대해 배운다.
- 무기재료
- 무기재료(세라믹)공학/세라믹스(Ceramic Engineering/Ceramics): 전자재료 혹은 내열재료로 주로 사용되는 이온결합재료(파인 세라믹스) 등에 대해 배운다. 강유전체, 강자성, 반자성 물질 등에 대해서 배우는데, 역시 고체물리가 바탕이 된다. 이 과목은 추후 전자세라믹스와 같은 과목들의 기초가 된다. 구조재료로 주로 사용되는 금속에 비해, 세라믹 재료는 전자소재로 주로 사용되기 때문에 전기적 특성에 초점이 맞추어져 있으며, 어려운 편이다. 이온결합물질이 결정구조나 전기적 측면에서 금속재료보다 훨씬 더 복잡하기 때문.[15] 금속과 마찬가지로 기초과목들을 잘 숙지하고 있어야 곳곳에서 잘 활용할 수 있다.
- 세라믹스공정(Ceramics Processing)
- 세라믹스물리화학(Physical Chemistry of Ceramics)
- 전자세라믹스(Electronic Ceramics)
- 고분자
- 고분자과학(Polymer Science) 고분자의 화학적 합성법(고분자화학)과 물리적 거동(고분자물리/고분자물성)에 대해서 배운다. 학교에 따라 두 과목으로 나누어 가르치기도 한다. 고분자 화학 과목은 유기화학만 알고 있으면 다른 기초과목 없이 무난하게 수강할 수 있을 것이다. 그러나 고분자물리/물성 과목은 통계/열역학이나 기계적거동, 상변태 등 여러가지 기초과목들에 대한 지식이 필요하기 때문에 오히려 어려울 수 있다. 자세한 것은 유기화학 문서 참조.
- Young & Lovell - Introduction to Polymers - 고분자공정/유기재료공학(Organic Materials Engineering): 고분자공학(Polymer Engineering)을 다룬다. 고분자물리/고분자화학 시간에 이론적인 것을 다루었다면, 고분자공학 시간에는 공정에 대해 다룬다.
- 전자재료
메모리[16], 반도체[17], 그리고 디스플레이 산업[18]의 전반을 이해할 수 있는 과목들이다. 철강 산업의 침체 이후 반도체 산업의 급성장에 따라 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있으며 산업 규모도 크다. 따라서 학부생 역시도 해당 과목들을 많이 수강하고 있다. 고체물리학이 주로 기본이 되는 과목으로 꼽히며 전자의 이동, Band gap 과 관련된 다양한 이론들이 사용된다. - 디스플레이재료/디스플레이 재료 및 소자(Display Materials and Devices)
- 반도체 소자/반도체재료 및 소자(Semiconductor Material and Devices): 반도체 물성에 대해 알아야 공정에 대한 이해가 가능하므로, 현대물리학을 선수과목으로 알아야 한다.
- 반도체집적공정(Integrated Circuit Processes of Semiconductor)
- 유기전자재료/분자전자재료(Molecular Electronics Material): 유기 EL용 발광체, TFT-LCD용 액정 및 컬러필터, CD 및 DVD용 기판 및 기록소재, 메모리반도체용 photoresist 및 유전체, 레이저프린터/복사기용 감광체 및 컬러토너, LAN 및 이미지가이드용 플라스틱 광섬유 등에 쓰이는 유기고분자 물질에 대해 다룬다. 교재는 Petty, "Molecular Electronics" 등을 쓰고 있다.
- 스핀 및 자성재료/스핀재료과학과 응용(Spin-Materials Science and Application)
- 에너지재료/에너지재료 및 소자(Energy Materials and Devices): 태양전지, 백색 발광소재, 연료전지, 이차전지 등에 쓰이는 소재를 다룬다. 고체물리학, 전기화학, 반도체, 나노구조 등에 대한 배경지식이 필요하다.
- 의공학
- 재료바이오입문(Introduction to Biology for Materials Science and Engineering)
- 바이오생체재료/생체의료용재료(Biomedical Materials)
- 기타
- 공정통계/재료공정통계분석 및 설계(Applied Statistics and Design for Materials Processing): 확률변수와 확률분포, 가설 추정과 검정, 상관분석, 회귀분석, 실험계획법, 다구찌 기법 등 통계학 개론 및 실험계획법을 다룬다. 통계 패키지 하나를 사용할 수 있어야 한다. 특성상 컴퓨터 수업이 필수적이다.
- 나노재료/나노기술과 재료(Materials Science for Nanotechnology): 나노 구조와 나노 재료에 대해서 다룬다. 결정학, 재료열역학, 상변태, 고체물리 등에 대한 배경지식이 필요하다.
- 전기화학/응용전기화학(Applied Electrochemistry)
- 구조분석(Materials Characterization): XRD, TEM 등 각종 분석기기에 대해서 실습과 함께 교육하는 강좌.
- 결함이론/재료결정결함(Crystal Defects in Materials): 내용상의 연결점 때문에 별개의 과목으로 개설되지 않고, 결정학이나 재료강도학 등의 필수 과목의 수업에서 함께 다루는 경우도 많다.
- 전산재료학(Computational Study of MSE): 선수과목 프로그래밍. 특성상 컴퓨터 수업이 필수적이다.
- 수치해석(Numerical Analysis): 다른 학과의 수치해석과 동일한 수업이다. 선수과목 프로그래밍. 특성상 컴퓨터 수업이 필수적이다.
- 전기회로(Electric Circuits): 전자공학과에서 회로이론(전자공학개론) 등의 이름으로 개설되는 강의. 교재도 같은 것을 사용한다. 선수과목은 일반물리학(전자기학 파트)이다.
- 기기분석(Material Analysis and Characterization)
- 재료 열 및 물질전달/재료이동현상론(Transport Phenomena in Materials): 화학공학과에서 '열 및 물질 전달/이동현상' 이름으로 개설되는 과목. 교재도 같은 것을 사용한다.
- 재료반응공정 및 설계(Materials Reaction Process and Design Principles)
- 박막소자 및 응용(Thin Film Devices and Applications)
- 계면공학(Interfacial Engineering)
- 기타 환경재료, 약물전달, 유체역학, 박막증착 등
3. 대학원
다음 과목을 다루기도 한다.[19]- 열역학과 상평형
- 전자현미경학 및 실험
- 고체확산현상
- 파동과 소재
- 결정질 고체물리(physics of crystalline solids)
- 고체전기화학
- 전자패키징기술
- 재료의미시구조해석
- 환경과 재료
- 지속가능 재료기술
- 재료양자전산모사: 현대 양자역학을 이용해 Ab-initio, Density Functional Theory, Bloch’s Theorem 등의 방법으로 재료를 모델링한다.
- 광화학 소재
- 태양전지 소재
- 재료의 기계적 성질
- 박막제조공학
- 헬스케어소재
- 나노팹공학(Nanofabrication Technology): 여러 나노팹 기술에 대해 다룬다. 먼저 광학적인 것으로는 광학 리소그래피와 EUV 리소그래피, 하전된 빔 기술로는 E-beam과 focused ion beam 기술, 현미경으로는 SPM/STM/DPN, 복제 기술로는 Nanoimprint lithography와 soft lithography, 자기조립적 방식으로는 Guided assembly, colloidal nanocrystal, polymer에 대해 다룬다.
- 나노구조소재의 광학특성
- 디스플레이용 박막트랜지스터
- 합금설계와 응용
- 자성물리 및 재료
- 반도체공정설계(DRAM, flash): 7주에 거쳐 리소그래피, 에칭, diffusion, thin film, cleaning & CMP, flash process 등 반도체 공정을 다룬다. 1주간 Failure analysis를 다루고, 2주간 DRAM과 Flash 소자(device)에 대해 다루며, 1주간 Memory test, 2주간 DRAM과 flash 설계, 1주간 패키징에 대해 다룬다. 반도체 물리 소자 교재로서 neamen과 pierret을 사용한다.
4. 진로
주된 전공 관련 진로는 반도체, 태양 전지, 자동차, 철강, 디스플레이, 이차 전지 산업이다.- 반도체/태양 전지/디스플레이: 물질의 물성(고체물리), 열역학을 다루므로 반도체와 연관이 깊은 학문이다. 이 분야에서는 삼성전자, SK하이닉스 등을 위시로 한 다수의 업체들이 존재하고 있고 한국의 성장세가 이어지고 있다.
- 자동차: 현대자동차를 대표적으로 많이 가고, 실제로 현대자동차에서도 신소재공학과를 중요시한다. 지역거점국립대를 중심으로 신소재공학과 채용을 많이 한다. 이는 미래 자동차가 신소재공학과와 밀접하게 연관되기 때문이다.
- 철강: 이 분야에서도 현대 제철, 포스코라는 세계 최고 수준의 기술력을 갖춘 철강 기업이 우리나라에 존재하고 있고, 그외에도 다수의 관련 업체들이 존재하기 때문에 갈 만한 곳들은 많이 있다. 최근에 철강 기업들은 ESG 환경 전담 부서도 있다.
- 이차 전지: 전기차로 인해 수요가 높아지면서 각광받는 분야. 이 중 현재 가장 주목받는 건 스마트폰 배터리, 전기차 배터리로 쓰이는 리튬 이온 배터리이다. 관련 유명 기업으로는 LG화학, 삼성SDI가 있으며, 리튬 이온 배터리 분야에서 세계 시장을 리드하는 기업들이다. 다만 철강과 마찬가지로 중국 배터리 제조사들의 물량 공세가 위협적이며, 리튬 이온 배터리를 최초로 발명한 일본 역시 차세대 배터리 개발에 주력 중이다.
- 신소재공학 관련 공기업 등으로 많이 진출한다.[20]
정부출연연구원에도 한국화학연구원, 한국기계연구원, 한국재료연구원, 한국에너지기술연구원, 한국기초과학지원연구원 등 여러 곳에 다양하게 수요가 있다.
대기업으로 취업이 잘 되고, 공기업 취업도 2023년 현재 신소재공학과는 취업이 좋은 편에 속한다.
산업은행에서도 신소재공학 전공자를 뽑고 있다.
다만 기술직 공무원의 경우 전화기와는 달리 신소재 직렬이 따로 존재하지는 않는다.
경험자들에 따르면 학부 커리큘럼의 특성상, 변리사 준비에 유리한 측면이 있다고 한다. 변리사 과목 중 이과 과목은 1차 자연과학개론(물-화-생-지)과 2차 공학 선택과목인데, 물리, 화학, 유기화학 과목을 비추어보면 그렇다는 것이다.[21]
5. 개설대학
5.1. 수도권
사립대학
* 가천대학교 공과대학 신소재공학과
* 경기대학교 창의공과대학 융합에너지시스템공학부 신소재공학전공
* 경희대학교 공과대학 정보전자신소재공학과
* 고려대학교 공과대학 신소재공학부
* 광운대학교 전자재료공학과
* 국민대학교 창의공과대학 신소재공학부 기계금속재료전공, 전자화학재료전공
* 대진대학교 공과대학 신소재공학과
* 동국대학교 공과대학 융합에너지신소재공학과
* 명지대학교 공과대학 화공신소재환경공학부 신소재공학과
* 상명대학교 융합공과대학 생명화학공학부 화공신소재전공
* 성균관대학교 공과대학 신소재공학부
* 세종대학교 공과대학 나노신소재공학과
* 수원대학교 전자재료공학부 전자재료공학전공 / 화학공학신소재공학부 신소재공학전공
* 숭실대학교 공과대학 신소재공학과
* 연세대학교 공과대학 신소재공학부
* 아주대학교 공과대학 첨단신소재공학과
* 이화여자대학교 엘텍공과대학 차세대기술공학부 화학신소재공학전공
* 인하대학교 신소재공학과
* 중앙대학교 공과대학 첨단소재공학과
* 한국공학대학교 신소재공학과
* 한국항공대학교 공과대학 신소재공학과
* 한양대학교 공과대학 신소재공학부
* 한양대학교 ERICA캠퍼스 재료화학공학과
* 홍익대학교 공과대학 신소재·화공시스템공학부
* 가천대학교 공과대학 신소재공학과
* 경기대학교 창의공과대학 융합에너지시스템공학부 신소재공학전공
* 경희대학교 공과대학 정보전자신소재공학과
* 고려대학교 공과대학 신소재공학부
* 광운대학교 전자재료공학과
* 국민대학교 창의공과대학 신소재공학부 기계금속재료전공, 전자화학재료전공
* 대진대학교 공과대학 신소재공학과
* 동국대학교 공과대학 융합에너지신소재공학과
* 명지대학교 공과대학 화공신소재환경공학부 신소재공학과
* 상명대학교 융합공과대학 생명화학공학부 화공신소재전공
* 성균관대학교 공과대학 신소재공학부
* 세종대학교 공과대학 나노신소재공학과
* 수원대학교 전자재료공학부 전자재료공학전공 / 화학공학신소재공학부 신소재공학전공
* 숭실대학교 공과대학 신소재공학과
* 연세대학교 공과대학 신소재공학부
* 아주대학교 공과대학 첨단신소재공학과
* 이화여자대학교 엘텍공과대학 차세대기술공학부 화학신소재공학전공
* 인하대학교 신소재공학과
* 중앙대학교 공과대학 첨단소재공학과
* 한국공학대학교 신소재공학과
* 한국항공대학교 공과대학 신소재공학과
* 한양대학교 공과대학 신소재공학부
* 한양대학교 ERICA캠퍼스 재료화학공학과
* 홍익대학교 공과대학 신소재·화공시스템공학부
5.2. 호서권
국립대학
* 국립공주대학교 천안공과대학 신소재공학부
* 국립한국교통대학교 공과대학 응용화학에너지공학부 에너지소재공학전공
* 국립한밭대학교 신소재공학과
* 충남대학교 신소재공학과
* 충북대학교 신소재공학과
* 한국과학기술원 신소재공학과
* 국립공주대학교 천안공과대학 신소재공학부
* 국립한국교통대학교 공과대학 응용화학에너지공학부 에너지소재공학전공
* 국립한밭대학교 신소재공학과
* 충남대학교 신소재공학과
* 충북대학교 신소재공학과
* 한국과학기술원 신소재공학과
사립대학
* 단국대학교 과학기술대학 신소재공학과
* 선문대학교 신소재공학과
* 배재대학교 신소재공학과
* 순천향대학교 디스플레이신소재공학과
* 한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 에너지신소재전공
* 한서대학교 항공융합학부 항공신소재화학공학과 신소재전공
* 단국대학교 과학기술대학 신소재공학과
* 선문대학교 신소재공학과
* 배재대학교 신소재공학과
* 순천향대학교 디스플레이신소재공학과
* 한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 에너지신소재전공
* 한서대학교 항공융합학부 항공신소재화학공학과 신소재전공
5.3. 영남권
국립대학
* 경북대학교* 경상국립대학교 공과대학 나노신소재공학부 고분자공학전공, 금속재료공학전공, 세라믹공학전공
* 금오공과대학교 신소재공학부
* 대구경북과학기술원 재료공학트랙
* 부경대학교 융합소재공학부
* 부산대학교 공과대학 유기소재시스템공학과 / 재료공학부
* 안동대학교 첨단재료공학과
* 울산과학기술원 신소재공학과
* 창원대학교 신소재공학부
* 한국해양대학교 해양신소재융합공학과
* 경북대학교* 경상국립대학교 공과대학 나노신소재공학부 고분자공학전공, 금속재료공학전공, 세라믹공학전공
* 금오공과대학교 신소재공학부
* 대구경북과학기술원 재료공학트랙
* 부경대학교 융합소재공학부
* 부산대학교 공과대학 유기소재시스템공학과 / 재료공학부
* 안동대학교 첨단재료공학과
* 울산과학기술원 신소재공학과
* 창원대학교 신소재공학부
* 한국해양대학교 해양신소재융합공학과
사립대학
* 경남대학교 신소재공학과
* 경성대학교 신소재공학과
* 계명대학교 공과대학 신소재공학전공
* 대구가톨릭대학교 신소재공학전공, 에너지부품소재전공
* 동아대학교 신소재공학과
* 동의대학교 공과대학 신소재공학과
* 영남대학교 신소재공학부
* 울산대학교 첨단소재공학부
* 포항공과대학교 신소재공학과
* 경남대학교 신소재공학과
* 경성대학교 신소재공학과
* 계명대학교 공과대학 신소재공학전공
* 대구가톨릭대학교 신소재공학전공, 에너지부품소재전공
* 동아대학교 신소재공학과
* 동의대학교 공과대학 신소재공학과
* 영남대학교 신소재공학부
* 울산대학교 첨단소재공학부
* 포항공과대학교 신소재공학과
5.4. 호남권
사립대학
* 조선대학교 신소재공학과
* 조선대학교 신소재공학과
6. 전문대학
인하공업전문대학 재료공학과7. 노벨상 수상자
- 어빙 랭뮤어: 금속재료공학과(Metallurgical engineering) 학부 출신. 1932년 노벨 화학상 수상.
- 단 셰흐트만: 재료공학과 석사-박사 출신. 2011년 노벨 화학상 수상. 2014년에 서울대학교에서 강의를 맡았다가, 대선 출마로 강의를 취소했던 적이 있다. 이후 다시 특강에 복귀하기도 했다.
- 칼슨 리
[1] 그래서 예전에는 '무기재료공학과'라는 학과명이 흔했다[2] 현재는 서울대학교의 경우 재료공학부로, 한양대학교는 신소재공학부로 편성되었다.[3] 명지대학교 출신인 개그맨 윤형빈도 입학 당시에 학과 이름이 무기재료학과였던지라 졸업 후에 방산업체에 갈 생각을 했었다고 한다.[4] 개교 초기에 이름이 재료금속공학과, 금속재료공학과였다.[5] 공업수학 대신 선형대수학/미분방정식으로 커버할 수도 있다. 실제로 일부 학교에서는 공업수학 과목을 별도로 개설하지 않고, 수학과에서 교양과목 형식으로 개설해 놓은 미분방정식, 선형대수학 관련 과목을 수강하도록 하는 경우도 있다.[6] 학교에 따라서 졸업요건이 아닌 경우도 있다. 이 경우 아예 듣지 않고 졸업하는 사람들도 있다.[7] 진학을 목표로 하고 있는 학생이라면, 이 문서를 본 뒤 진학하고 싶은 대학 홈페이지의 교과과정을 함께 참고하도록 하자.[8] 대체로 전공 필수 과목이나 학교별로 과목이 많이 다르다. 같은 색깔로 된 과목은 연관 과목[9] 학과 이름 상 '재료' 대신 '소재' 또는 '신소재'가 붙기도 한다.[10] 준결정은 어려운 편이고, 아직 적용분야가 한정적이다.[11] 실력있는 사람 하나가 독점해서 여러 그룹의 결과를 분석해줘도 충분하고, 금속공학이나 세라믹공학이 아닌 화학공학이나 아예 화학 쪽으로 가면 X선이나 전자빔 회절분석 쪽 결정학을 대놓고 공부한 사람이 별로 없기 때문.[12] 단적으로 말해서, 공업수학에서 다루는 내용들 중 선형대수학, 미적분학, 미분방정식에 대한 기본적인 배경 지식만 갖추고 있으면 학부 과정의 전공 수업 내용을 이해하고 따라가는 데에는 거의 문제가 없다. 물론 대학원에 진학한다면 얘기가 달라지긴 한다.[13] 그래서 대학원 진학률이 높다. 전문분야로 깊게 파고들어야 타학과 대비 메리트가 생기니까. 그래서 학부 때는 재료에 대한 기초 + 각 재료에 대한 입문을 배우고 여러 재료 중 하나를 선택, 나중에 대학원가서 깊게 배운다[14] 동일한 재료(신소재)공학과라 하더라도 학교에 따라 특정 분야를 크게 강조해서 동일하거나 유사한 분야를 전문으로 하는 교수가 여러명 있으면서 대단히 비중있고 깊이있게 다루는 경우도 있고, 반대로 특정 분야를 그다지 비중있게 다루지 않거나 심지어는 해당 분야를 전문으로 하는 교수가 아예 없는 경우까지도 있다. 특히 생긴지 얼마 되지 않아 학교의 역사가 짧은 신생 대학이나, 인지도가 떨어지는 대학에 이런 경우가 종종 있으며, 어느정도 인지도가 있는 대학에서도 종종 이런 경우가 생기기도 한다. 그렇다보니 무조건 '재료(신소재)공학과'라는 학과명만 보고 진학한다면 자신이 배우고 싶었던 분야를 충분히 깊이있게 배우지 못하거나 심지어는 아예 배울 기회조차 없을 수도 있으니 학교별 커리큘럼을 확인할 필요성이 상당히 높다.[15] 과거에 무기재료공학과, 요업공학과 등 학과에서 학부 동안 걸쳐 공부하던 과목을 한 과목으로 배우려고 하니.[16] DRAM[17] MOSFET[18] TFT, LED, LCD[19] 아래 과목들은 KAIST 신소재공학과 대학원 개설과목이다.[20] 사실 재료공학은 모든 분야에서 꼭 필요한 기본 베이스 학문이기 때문에, 어딜 가나 항상 채용 수요가 있다. 세상 모든 것은 원자로 이루어져 있는데, 그 원자를 기본적으로 다루는 학문이 재료공학이기 때문이다.[21] 다만 변리사의 경우 법과목 점수의 비중이 훨씬 더 높으므로 어디까지나 약간 더 유리한 정도다. 선택과목이 P/F 제도로 바뀐 2018년 이후에는 디자인보호법/저작권법 등 법과목 선택 비율이 공학과목 선택비율보다 훨씬 높아졌기 때문에 1차 자연과학개론에서 약간 유리한 정도로 보면 된다.