재료공학

• 관련 항목 : 공학 관련 정보

Materials Science and Engineering (MSE)
재료 과학과 공학 재과공

1 개요

재료(Materials)를 연구하는 공학분야.
다루는 재료 그 자체의 분류에 따라 금속재료, 무기재료(세라믹), 유기재료 및 복합재료(Composite) 등의 주제를 다루며
도구적 재료의 관점에서 재료를 바라보았을 때 재료의 목적에 따라 구조재료, 전자재료, 에너지재료, 생체재료 등 여러가지 주제로 나뉜다.

2 상세

공학의 범주에 들어가지만 재료의 물성 그 자체에 대한 탐구를 응용 못지않게 중요하게 여기는, 다분히 자연과학적인 시점을 견지하고 있기도 한 분야이다. 영어 명칭도 Materials Science and Engineering 으로 직역하면 재료'과학과 공학'. 물론 최근 추세는 다들 먹고 살 길을 찾기 위해 응용 연구가 활발한 편이다. QS 대학평가에서는 Materials Science로, 자연과학으로 분류되어 있다.

본디 독립적인 분야로 되어 있는 전공은 아니었으나, 1953년 미국의 노스웨스턴 대학교에서 금속공학 전공 대학원을 설립한 것을 시발점으로 하여 재료공학이라는 학문이 만들어지게 되었다. 현재 우리나라의 각 대학 재료공학과 교수들 및 포스코 등 철강 관련 대기업 연구소의 고위 연구원들의 상당수가 바로 노스웨스턴 대학교 금속공학과 대학원 출신이다. 원래 금속공학(야금학)은 재료공학이라는 말이 생기기 전부터 발달된 학문이었고, 19세기부터 금속공학은 이미 정립된 학문분야였다. 그러나 금속뿐만 아니라 신소재 개발이나 연구를 위해 여러 학문의 지식을 하나로 엮는 일을 필요로 했는데, 당시 노스웨스턴 대학교에서 이를 처음으로 시행하였고 인정받았다.

21세기에 뜨거운 감자로 부상한 나노공학이나 나노과학 역시 재료공학이 연구하고 있다. 이렇게 넓은 범위에서 활동하다 보니 자연스럽게 여러 학문들과 영역을 겹칠 때가 많이 생기며 특히 물리학과 화학의 경우는 재료공학과 분리될 수가 없다. 특히 결정구조와 관련된 연구가 많으므로 고체물리에 관해서는 많은 지식은 필수적이며, 나노 구조물을 연구할 때에는 양자 역학에 대한 많은 지식도 필요하다. 이후 위상부도체가 조명되면서 위상수학까지 파야 되는 경우도 생긴다! 모라고요? 따라서 대학교 졸업 후, 석사나 박사 과정을 하다보면, 어느 순간 자신이 재료공학과인지 다른 과인지 헷갈리는 경우도 제법 있다. 혹은 반대로, 물리학과나 화학과 출신 재료공학 교수들도 흔히 찾아볼 수 있다.

재료공학이 많이 활용되는 산업으로는 철강, 반도체, 디스플레이, 태양전지, LED, 2차 전지 산업 기타 등등이 있다.

3 학과의 명칭

학과 (학과 이름순 목록 보기)
인문	사회	자연	공학	의학	교육	예술	기타

Materials Science & Engineering이라는 용어는 국내에서 주로 '재료공학'과 '신소재공학' 두 가지로 불린다. 그래서 이 항목도 신소재 공학에 리다이렉트가 걸려 있다. 두 가지 이름 사이에 수준 차이나 교육과정 큰 차이가 있는 것은 아니며, 학과의 이름보다는 각 학과 교수의 전공, 전문분야 등에 따라 학과 교육과정이 다를 수 있다.

• 재료공학부(과) : 서울대, 부산대, 항공대 등

기본적으로 재료가 한국어에서 가장 온전한 Materials의 대응어이므로 해당 학과명을 사용한다.
그러나 '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. 신소재 뉘앙스는 더 다른데?

• 신소재공학부(과) : 경북대학교, 고려대학교, 광주과학기술원, 성균관대학교, 아주대학교, 연세대학교, 울산과학기술원, 인하대학교, 포항공과대학교, 한국과학기술원, 한양대학교, 홍익대학교,국민대학교, 영남대학교 등

재료공학이 가진 학과명이 충분히 만족스럽지 못하다고 여기는 경우 신소재공학을 사용한다. 또한 최근에는 기성재료를 벗어난 신소재에 대한 연구가 중요한 주제중 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 수험생들특히 여학생들에게 좀 더 딱딱하지 않고 신세대 느낌으로 보이도록 어필하고 싶은 이유가 더 크다.

재료공학. 신소재공학 외에 개별 학과가 개설된 곳도 있다. 가령 '금속공학과, 무기재료공학과, 유기재료공학과, ...'

4 대학

4.1 학부 교육

대학교에 따라 그 커리큘럼에 차이가 굉장히 큰 편인데, 앞서 말했듯 여러 학문을 엮는 공학인지라 학교별로 추구하는 목표가 다르기 때문이다.

4.1.1 교양 과목

• 수학 : 미적분학, 공업수학또는 선형대수학/미분방정식
• 물리학 : 일반물리
• 화학 : 일반화학
• 프로그래밍 - C 언어/MATLAB

4.1.2 학부 전공 교육과정

서울대학교 재료공학부 전공 교육과정
카이스트 신소재공학과 전공 교육과정

• 교수진들의 성향이나 전공분야 등에 주요 교육과정이 꽤 다르다. 도식적으로 나타내면 다음과 같다.

기초 및 필수 과목
재료공학개론(입문)	재료역학	물리화학,열역학	양자역학	유기화학	결정학/X선회절
금속재료/야금학	재료의 기계적 특성	상변태	재료의 전자기적 물성	고분자공학	세라믹스
기타 응용과목
구조분석, 반도체 소자, 환경재료, 바이오생체재료, 약물전달, 고분자물리, 고분자 공정, 디스플레이, 유기전자재료, 에너지재료, 스핀 및 자성재료, 전기화학, 이차전지, 공정통계, 나노재료, 세라믹스 공정, 열 및 물질전달, 유체역학, 전산재료학, 제련공정, 결함이론, 박막증착 ..

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 내용이어 너무 이것 저것 다 넣어놓은 감도 있어서 호불호가 갈린다.

기계적 물성 및 구조재료

• 재료역학/고체역학 (Mechanics of Materials/Solid Mechanics) : 물리학 중에서도 역학, 그중에서 연속체역학(고체역학)을 주로 배우게 된다. (모르겠으면 역학돌이 기계공학과친구한테 물어보자...) 많은 학부생들이 처음 텐서물리량을 접하게 되는 과목. 그리고 드랍 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(Mechanical Properties of Materials / Metallurgy) : 재료역학의 내용을 기반으로 한다. 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. 또한 야금학 과목으로 가르치기도 하고, 분리해서 가르치기도 한다. 구조재료에 사용되는 대부분의 재료가 금속합금이기 때문.
  • Dieter - Mechanical Metallurgy

현대물리 및 전자재료

• 현대물리/양자역학(Modern Physics / Quantum Mechanics) 양자역학의 개념 및 수학적 기초에 대해서 배운다. 보통 현대물리학이라고 하면 양자역학과 상대성이론이 두 축을 이루지만, 료과에서는 미시적 상태를 주로 다루고, 상대론적 스케일의 동역학(dynamics)를 잘 다루지 않기 때문에 현대물리학이라는 이름하에 개설된 과목의 경우에도 상대성이론은 보통 공부하지 않는다. 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. 미분방정식과 푸리에변환, 헤르미트 연산자 등 수학적 스킬을 많이 다루기 때문에 조금 어려울 수 있다. 가르치는 교수님에 따라 정말 외계어처럼 어려워 질 때가 있다.
  • Grififiths - Introduction to Quantum Mechanic 물리학과 교재로, 약간 난이도가 있는 편이다.
  • Beiser - Concepts of Modern Physics 쉬운 편.

• 재료의 전자기적 특성/고체물리(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. 강의자에 따라 따라 다르지만 대체로 물리학과의 고체물리에 비해 수학 및 이론적 엄밀함은 덜한 편이고. 정성적으로 배운다. 교수자에 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 69000원으로 매우 비싸다. 창렬(...)
  • 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

• 반도체재료/디스플레이재료/자성재료(Semiconductor/Display/Magnetic Materials) : 현재 다수의 학교들이 전공 필수 과목으로 지정한 과목들은 현재 산업에서 가장 꽃을 피우고 있는 전자재료의 관련된 과목들이다. TFT, MOSFET, LED, LCD, D-RAM 등등 메모리와 반도체, 그리고 디스플레이 산업의 전반을 이해할 수 있는 과목들이다. 철강 산업의 침체 이후 반도체 산업의 급성장에 따라 다양한 분야에서 현재 연구가 진행되고 있으며 이어 따라서 학부생 역시도 해당 과목들을 많이 수강하고 있다. 고체물리학이 주로 기본이 되는 과목으로 꼽히며 전자의 이동, Band gap 과 관련된 다양한 이론들이 사용된다. 교재는 다양하게 채택되어 사용된다.

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. 다른과에서는 고체물리학이나 무기화학, 분광학등에서 가르친다. 얼마나 마이너한지, 결정학 과목의 주교재는 한국어 번역본이 없을 때가 많다. 원서조차도 절판일 때가 많다... 하지만 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. 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. 흑역사

• 구조분석(Materials Characterization) : XRD, TEM 등 분석기기를 실습교육하는 강좌.

열역학과 상평형론

• 재료열역학(Thermodynamics of Materials) : 재료의 상변태 등에 수반되는 열역학적 이론을 배우는 과목. 보통 물리화학과목이 함께 개설되어있으나, 학교에 따라 통합해서 가르치기도 한다. 물리화학과 열역학 과목이 모두 있는 경우 보통 물리화학1(열역학 파트)를 배우고 물리화학2(통계역학 파트)을 배운 후 열역학을 다시 배우는 커리큘럼이다.더럽게 우려먹는다. 기계공학에서 다루는 공업열역학, 화학공학에서 다루는 화공열역학과는 많은 차이점이 있다. 재료공학에서는 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 다루는 교수님들도 계시는 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.
  • Atkins - Physical Chemistry 물리화학.

• 상평형론(Phase Equilibria) : 여러 가지 합금과 재료들의 상평형도(Phase Diagram)을 해석하는 법을 배우는 과목. 재료과를 전기과, 화공과, 기계과와 차별화하는 과목이다. 재료과 출신들은 거의 대부분이 상평형도를 읽을 줄 아는데, P-T-C 상평형도로부터 재료의 microstructure와 그에 이르는 여러가지 물성들을 예측할 수 있다. 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. 상전이가 아니라 상변태라고 차별화^^ 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 어렵다. 자, 여러분이 생각했던 그 상변태(上変態)가 아닌걸 알겠지?
  • Porter - Phase Transformation of Metals and Alloys

금속

• 금속재료/야금학(Metals and Alloys/Metallurgy) : 야금야금 먹는 법을 배운다. 금속재료와 다양한 합금재료의 여러 물성들에 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

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. 금속과 마찬가지로 기초과목들을 잘 숙지하고 있어야 곳곳에서 잘 활용할 수 있다.

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 달달외우고 있어야 한다. 화학아는줄 알고 재료과왔다가 알고 보니 이것 뿐 그마저도 고분자공학과가 따로 있으면...ㅜㅜ 책은 여러가지 많이 쓰는 편.

• 고분자 과학(Polymer Science) 고분자의 화학적 합성법(고분자화학)과 물리적 거동(고분자물리/고분자물성)에 대해서 배운다. 고분자 화학 과목은 사실상 기초과목이 필요 없다. 유기화학에 대한 지식만 갖고 있으면 무난하게 수강할 수 있을 것. 그러나 고분자물리, 물성 과목은 통계/열역학이나 기계적거동, 상변태 등 여러가지 기초과목들에 대한 지식이 필요하기 때문에 오히려 어려울 수 있다. 자세한 것은 항목 참조.
  • Young & Lovell - Introduction to Polymers

기타
물리,화학,화공,전자 등에서 배우는 내용을 광범위하게 걸쳐서 배우기 때문에 넓게 공부하고 관심분야에 따라 적용범위가 넓다는 장점이 있으나, 학부과정에서의 학문적 깊이나 아이덴티티가 엷은 것이 단점이다. 공대중에서 가장 자연과학스러운 커리큘럼을 배우는데, 그래봤자 공대는 공대다.. 다루는 주제도 물리학이나 화학과 인접되어있는 것이 많지만, 대체로 기계과나 화공과처럼 대량생산이나 공정, 공장설계, 자동화 등 산업시설에 필요한 부분은 주요 관심이나 주제 밖인 편. 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 배우지도 않고, 유기화학도 화학과나 생물학과만큼 배우지 않는다.(...) 재료역학 역시 기계과에 비해 쉽게 배우며, 바이오 재료 등의 과목에서는 세포생물학을 겉핥기로 배우기도 한다(...). 굳이 말하자면 열역학을 가장 많이 배운다고 볼 수 있겠다. 방법론은 열역학, 양자물리, 화학, 고체역학, 혹은 결정학과 결함론 등 여러 학문을 짬뽕해서 사용한다.

5 재료공학의 연구분야

일반적인 분류로는 금속(Metal), 무기재료(Ceramics), 고분자(Polymers)로 나누지만, 실제로는 짬뽕해서 쓰는 경우가 많고, 물리학이나 화학, 전자공학 등이 다루는 주제들을 같이 다루는 경우가 많다.

5.1 분과 및 관련/인접학문

• 야금학 (Metallurgy / Metallurgical Engineering ) : 금속가공에 대한 학문이다. 사실 이 학문이 가장 오래된 재료과학 분야라고 할 수 있는데, 학문적 관심사 자체도 대장장이가 칼을 담금질하면서 강화하는 것이 어떻게 가능한 것인지를 규명하는 것에서 시작했다. 금속공학과가 따로 있을 때 파던 과목.
• 세라믹스 (Ceramics) : 세라믹 재료에 대한 학문이다.
• 고체물리학
• 표면과학 (Surface Science)
• 나노과학
• 재료분석(Materials Analysis) : SEM이나 TEM, SPM 같은 전자현미경, 원자현미경이나 XRD, XPS, XRF, AES, SIMS 등의 분석장비를 다루는 오퍼레이터들은 물리학과 아니면 재료공학과 출신이다. 오오 그거슨 밥줄
• 전산재료학 (Computational Materials Science) : 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션으로 재료의 물성을 규명하는 재료공학의 한 갈래이다. 재료공학에서 다루는 재료의 범위가 광범위하기 때문에 전산재료학에도 거리와 시간의 단위에 따라 다양한 시뮬레이션 방법이 존재한다. 원자 혹은 분자 단위의 계산으로는 재료를 구성하고 있는 원자들에 대한 슈뢰딩거 방정식을 밀도범함수 이론(Density functional theory, DFT)에 따라 간략화 시켜 푸는 제일원리 계산(First-principles calculations, 혹은 Ab-initio calculations), 원자들 간에 작용하는 힘을 계산하는 분자동역학(Molecular dynamics) 등이 있고, 보다 큰 단위의 재료를 계산하는 데 쓰이는 계산으로는 유한요소법(Finite element method)등이 있다. 실제 재료를 컴퓨터로 완벽히 모사할 수 없기 때문에 이러한 계산에는 다양한 근사가 포함되는데, 더 큰 시스템에 대한 계산을 진행하거나 정밀도 높은 계산을 위해서는 더 좋은 컴퓨터가 필요하다. 이 때문에 실제 계산은 주로 클러스터 컴퓨터나 KISTI의 tachyon2 같은 슈퍼컴퓨터를 통해 진행된다. 대표적인 소프트웨어로는 VASP, SIESTA, quantum espresso, Gaussian, NAMD, COMSOL, Abaqus 등이 있다.어쩐지 제일원리 관련 소프트웨어가 많아 보인다면 기분 탓이다
• 고분자 과학 (Polymer Science)
• 전자 광학
• 무기화학
• 결정학
• 탄성론
• 소성론

5.2 하위/관련 연구 주제

• 광학 재료 (Optical Materials)
  • 메타 물질 (Metamaterial)
• 구조 재료
• 합금
• 반도체 (Semiconductor)
• 세라믹 (Ceramic)
  • 전자세라믹 (Electroceramic)
    • TCO (Transparent Conductive Oxide)
      • ITO
      • AZO
• 나노재료 (Nanomaterial)
  • 3D 프린터 소재
• 고분자(Polymer)
  • 섬유
  • 생체재료 (Biomaterial)
• 생체모방재료
• 박막증착(CVD : 화학박막층착 / PVD : 물리박막증착)
• 초전도체
• 이차 전지 (Secondary Cell)
• 단결정 성장 (Single Grain Growth)
• 자성재료
• 디스플레이/액정
  • OLED 소자
• 파괴역학
• 그래핀
• 자가치유재료
• 결정성장

6 전공자 진로

재료공학의 경우 흔히 철강/제철산업분야를 대표적인 전공 관련 진로로 떠올리기 쉽지만 실제로는 기계/금속/전기전자/화학/중공업 등 거의 모든 제조업 전반에서 필요로 하는 전공이다. 그러나 현실적으로는 철강 관련 산업체 및 학계로 많이 진출을 하고 있다. 다행스럽게도 이 분야에선 포스코라는 세계 최고의 기술력을 갖춘 철강 기업이 우리나라에 존재하고 있고, 그외에도 다수의 관련 업체들이 존재하기 때문에 본인이 공부만 열심히 한다면 학부만 나오든, 대학원까지 나오든 직업문은 나쁘지 않은 상황이다. 소위 말하는 전화기급은 아니더라도 공업에서 없어서는 안 되는 기반 학문이므로 언제나 관련 전공자에 대한 수요는 존재하는 편. 그리고 정출연 쪽에서도 일정 수요가 있다.

사기업이나 학계로의 진출에 비해서, 공무원이나 공기업 등으로는 잘 가지 않는다. 애초에 공대 나와서 굳이 저쪽으로 가려는 사람도 별로 없지만.. 다루는 분야가 국책사업등에 필요한 부분은 아니라서 그런 듯. 꼭 그쪽으로 눈 돌리지 않아도 다 잘 먹고 살 수 있다.

경험자들에 따르면 얕고 넓게 배우는 학부 커리큘럼의 특성상, 변리사 준비에 유리한 측면이 있다고 한다.