재료물성개론 [1] 물질의 분류

 

시작하기 전 기본 개념들에 대해 말해보자면 다음이 있다.

 

- 물질의 주요 특징에는 '기계적 특징, 전기적 특징, 열적 특징, 자기적 특징, 광학적 특징' 이 있다. 

- 소자 vs 소재

:  소재는 소자를 만드는 재료의 역할이고, 소자는 전류를 조절하거나 신호를 처리하는 부품이다.

 

 

1. Types of Materials (물질의 종류)

물질의 종류에는 화학 결합을 기준으로 크게 4가지가 있다.

 

'화학 결합'에 따라 분류해보면

Metal은 '금속 결합'에 의해 구분이 되고, 'Ceramic'은 주로 이온 결합을 하나 일부 공유결합을 하기도 한다. 'Polymer'의 경우, 공유결합과 분자간 결합을 한다.

 

 

여기서, 반도체는 무엇에 해당할까?

 

 Si는 공유결합을 하기 때문에 Ceramics에 해당한다. 이온결합이 아닌 이유는 Carbon이 없기 때문이다. 예를 들면 게르마늄의 경우에도 Carbon이 없어 세라믹이다. 반도체 중에서 고분자에 해당하는 경우도 있다.

 

 나노 물질의 경우 '세라믹, 금속, 고분자'가 모두 가능하다.

 

1-1. Metal (금속)

 Metal은 배위 전자가 많아 특정한 기계적 성질이 생기고 자유전자의 수가 많아 전기가 잘 통한다. 전기가 통하면서 열 에너지도 함께 이동하기 때문에 열 전도도가 높다. 또한,  Opaque (불투명)하고, 반사도가 높다. 

1-2. Ceramic (세라믹)

 

 세라믹은 주로 이온 결합을 하며, 고분자와 달리 분자간 결합을 하지 않는다. 자유 전자가 거의 없어 부도체의 성질을 가진다.

1-3. Polymer (고분자)

 폴리머는 주로 플라스틱 형태로 존재한다. 고분자는 Covalent Bonding(공유결합)을 하여 전자를 share하고 분자간 결합을 한다. 

분자간 결합 특징으로 인해 soft하고 ductile(때리면 변형)하고, low strength/density 등의 특징이 생긴다. chain 과 chain 사이를 끊을 수 있기 때문이다. 공유결합은 자유 전자가 없어 열/전기적 이동도가 낮다. 광학적으로는 밴드갭이 넓어 투명하다.