“물성학”이란 말은 영어의 “Material Science”를 번역한 재료과학을 대신 하여 많이 쓰여 왔으나, 최근에는 좀더 광범위한 “Material Science and Engineering(MSE)”의 의미로도 통용되고 있다. 모든 공학의 근간을 이루는 재료에 대한 기초지식을 제공하는 “물성학”의 중요성에 비추어 볼 때, 학문적인 대상으로 관심을 끈 것이 불과 약 40여 년 전부터라는 사실은 매우 놀라운 일이다.
과학기술자는 재료의 내부구조와 특성을 알아야 비로소 그 응용과 가공을 최적화할 수 있다. 물성학에서는 특정 분야뿐만 아니라 넓은 영역에 주목하여, 서로 다른 재료들의 공통점을 찾아내거나 다른 점을 확실히 밝혀낸다. 그리하여 지금까지 예측할 수 없었던 새로운 성질의 신재료를 창출해내고 있다. 예를 들어, 신에너지 변환 재료, 생체에 넣어도 거부반응을 일으키지 않는 신고분자 재료, 실온에서 맘대로 휘어지는 금속재료 등을 만드는 것은 매우 의미 있는 일이 다. 이때 단순히 경험에만 의지하는 것이 아니라, 과학적으로 넓은 시야를 갖고 조직적인 연구방법을 취하는 것이 중요하다. 즉, 어떤 목적을 갖고 그것을 달성하기 위해 최단의 길을 찾아갈 때 필요한 것이 넓은 분야의 지식인데, 바로 물성학이 그 도구가 될 것이다.
재료의 형태는 크게 금속재료, 고분자 재료, 세라믹 재료로 나눌 수 있으며, 이 중 2개 이상이 혼합된 것을 복합재료라 한다. 철, 구리, 알루미늄, 티타늄으로 대표되는 금속재료는 결정구조를 하고 있으며, 기계적으로 큰 강도와 연성을 갖고 열적 전기적으로 양도체다. 금속재료는 철 성분이 많이 포함된 철금속과 비철금속으로 나뉜다. 고분자 재료는 탄소 연결고리인 유기분자의 긴 사슬 구조를 하고 있다. 대부분이 비결정 구조이고 일부만 결정과 비결정의 혼합 상태로 되어 있으며, 전기적으로 절연성이고 열에 약하다. 세라믹 재료는 금속과 비금속 원소의 화학결합에 의한 무기재료이며, 결정, 비결정, 혼합 상태의 다양한 구조를 갖는다. 이 재료는 가볍고 열에 강하고 단단하나, 부서지기 쉬우며 열적 전기적으로 부도체다.
재료를 기능적인 면으로 나누었을 때, 전기전자재료는 사용되는 총량이 많은 편이 아니지만 첨단 과학기술 분야에서 매우 중요한 역할을 한다. 순수한 실리콘에 의한 반도체 소자를 비롯해 통신위성, 컴퓨터, 로봇, 가전제품 등 헤아릴 수 없을 정도의 분야에서 응용되고 있다.
이 책에서는 물성학의 기초개념을 설명한 후에 전기전자재료의 각론에 대해 서술한다.
