청소년을 위한 교양 화학: 재료 화학

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 07월 05일 출간

작품소개

책소개

우리가 매일 사용하는 스마트폰 속에는 수십 가지의 서로 다른 재료들이 정교하게 조합되어 있습니다. 화면을 터치할 때마다 작동하는 터치센서, 선명한 화면을 만드는 디스플레이 소재, 전기를 저장하는 배터리 재료, 그리고 초소형 반도체 칩까지 모든 것이 재료과학의 결과물입니다. 석기시대부터 현재까지 인류 문명의 발전은 새로운 재료의 발견과 궤를 같이해왔습니다. 청동기 시대의 합금 기술, 철기 시대의 제철 기술, 그리고 현대의 반도체와 나노재료까지 각 시대를 규정하는 것은 바로 그 시대의 주요 재료였습니다. 이 책은 중학생들이 우리 주변의 모든 물질과 제품 뒤에 숨겨진 재료과학의 원리를 이해할 수 있도록 구성되었습니다.

재료의 성질을 이해하기 위해서는 먼저 원자 수준에서 일어나는 현상들을 파악해야 합니다. 원자들이 어떻게 결합하느냐에 따라 다이아몬드는 세상에서 가장 단단한 물질이 되고, 같은 탄소 원자로 이루어진 흑연은 연필심으로 사용될 만큼 부드러워집니다. 원자들이 규칙적으로 배열된 결정 구조는 재료의 기계적, 전기적, 광학적 성질을 결정하는 핵심 요소입니다. 하지만 완벽한 결정은 자연에 존재하지 않으며, 오히려 결정 속의 작은 결함들이 보석의 아름다운 색깔을 만들어내고 금속의 소성변형을 가능하게 합니다. 이 책은 이러한 기초 원리들을 구체적인 사례와 함께 설명하여 추상적인 개념들을 직관적으로 이해할 수 있도록 돕습니다.

현대 사회에서 사용되는 재료들은 크게 금속, 세라믹, 고분자, 반도체의 네 가지 범주로 분류됩니다. 각각의 재료는 고유한 특성을 가지고 있어서 용도에 맞게 선택되어 사용됩니다. 금속은 전기를 잘 통하고 가공이 쉬워 구조재료로 널리 사용되며, 세라믹은 높은 온도에서도 안정하여 내화재료나 전자부품에 활용됩니다. 고분자는 가볍고 다양한 형태로 가공할 수 있어 플라스틱과 섬유의 주재료가 되었고, 반도체는 전자기기의 핵심 부품으로 현대 문명을 떠받치고 있습니다. 최근에는 이러한 전통적인 재료들을 조합한 복합재료와 나노미터 크기에서 새로운 성질을 나타내는 나노재료들이 주목받고 있습니다. 이 책은 각 재료의 특성과 응용 분야를 실생활 예시와 함께 소개합니다.

미래의 재료과학은 지속가능성과 환경친화성을 중시하는 방향으로 발전하고 있습니다. 재활용이 가능한 재료의 설계, 생분해성 플라스틱의 개발, 그리고 에너지 효율적인 생산 공정의 도입이 중요한 과제가 되었습니다. 동시에 인공지능과 기계학습 기술을 활용하여 새로운 재료를 예측하고 설계하는 재료 정보학이 급속도로 발전하고 있습니다. 형상기억합금, 자가치유 재료, 메타재료와 같은 스마트 재료들은 SF영화에서나 볼 수 있던 기술들을 현실로 만들어가고 있습니다. 이 책은 재료과학의 현재와 미래를 균형있게 다루어 독자들이 과학 기술의 발전 방향을 이해하고 미래 사회의 변화를 준비할 수 있도록 돕습니다. 복잡해 보이는 재료과학의 개념들을 친숙한 사례들로 설명하여 누구나 쉽게 접근할 수 있도록 구성되었습니다.

목차

1. 재료의 세계로 떠나는 여행
2. 원자와 결합의 신비한 세계
3. 결정구조와 원자의 규칙적 배열
4. 완벽하지 않은 결정의 매력
5. 상변화와 상평형도의 이해
6. 재료의 기계적 성질 탐구
7. 전기적 성질과 전자의 거동
8. 자성재료와 자기적 성질
9. 빛과 재료의 상호작용
10. 열적 성질과 온도의 영향
11. 금속재료의 세계
12. 세라믹 재료의 특성
13. 고분자재료와 플라스틱
14. 복합재료의 혁신
15. 반도체재료의 혁명
16. 초전도체의 신비
17. 나노재료의 놀라운 세계
18. 생체재료와 의료용 소재
19. 스마트재료와 지능형 소재
20. 부식과 재료의 열화
21. 재료 가공 기술의 발전
22. 재료 분석 기술의 이해
23. 재료 선택과 설계
24. 지속가능한 재료 개발
25. 미래의 첨단 재료
26. 재료과학의 미래와 도전

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.