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Dec 01, 2023

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재료 과학은 자동차부터 전구까지 모든 것이 만들어지는 방식을 빠르게 변화시키고 있다고 Paul Markillie는 말합니다.

토마스 에디슨은 "나는 수치에 전혀 의존하지 않는다"고 말했습니다. "나는 설명할 수 없는 방법으로 실험을 시도하고 그 결과를 어떻게든 추론합니다." 그리하여 에디슨은 코코넛 섬유부터 낚싯줄, 심지어 동료의 수염까지 1,600가지의 다양한 재료를 테스트하여 마침내 탄화 형태로 최초의 필라멘트로 사용할 수 있는 특정 유형의 대나무를 발견했습니다. 백열전구. 그는 1879년 새해 전야에 뉴저지 주 멘로 파크에 있는 자신의 실험실에서 그것을 시연했습니다.

이 모든 힘든 시행착오의 세부 사항은 40,000페이지가 넘는 Edison의 노트를 가득 채웠지만 그의 솔루션은 곧 대체되었습니다. 20세기 초에는 더 밝게 연소되고 더 오래 지속되는 텅스텐으로 필라멘트가 만들어졌습니다. 100년 넘게 세상은 텅스텐 필라멘트가 포함된 전구로 밝혀졌고, 전구는 만화가가 모든 종류의 혁신을 일컫는 고정된 약칭이 되었습니다.

이제 전구는 필라멘트보다 전기를 빛으로 바꾸는 데 더 효율적이고 수명이 훨씬 더 긴 발광 다이오드(LED)로 대체되고 있습니다. LED는 1960년대에 전기 장비의 표시등으로 처음 등장했습니다. 오늘날 그들은 건물, 거리 및 자동차에 강력한 조명을 제공합니다. 세계의 가난한 지역에서는 구식 전구를 본 적이 없는 사람들에게 빛을 가져다 주고 있습니다.

에디슨의 전구와 LED는 모두 물질을 새롭고 유용한 형태로 바꾸는 과정인 재료 과학의 발명품입니다. 그러나 그 사이에 재료와 과학은 훨씬 더 복잡해졌습니다. LED를 만드는 데 사용되는 게르마늄이나 실리콘과 같은 반도체 재료에는 종종 다른 물질의 원자를 조심스럽게 추가하여 Menlo Park의 접근 방식과 다른 접근 방식이 필요합니다. 그들이 생성하는 빛의 종류는 미세한 구조와 추가 원자의 세부 사항에 의해 미세 조정됩니다. 페이스 에디슨, 이런 종류의 일은 양자 이론은 말할 것도 없고 많은 수치에 달려 있습니다.

가장 작은 규모에서 재료의 특성을 이해하는 능력은 사람들이 오래된 일을 더 잘 할 수 있게 해줄 뿐만 아니라; 그것은 그들이 새로운 일을 할 수 있게 해준다. 에디슨 시대에 메시지를 보내기 위해 빛을 사용하는 것은 배에서 배로 모스 부호로 메시지를 번쩍이는 알디스 램프의 영역이었습니다. 레이저 다이오드(LED보다 훨씬 더 순수한 빛을 생성하도록 설계된 반도체 장치)는 제어된 방식으로 초당 수십억 번 깜박일 수 있습니다. DVD와 스피커, 바코드와 슈퍼마켓 계산대, 대서양 횡단 광섬유 케이블의 양쪽 끝 등 정보가 A에서 B로 전달되어야 하는 수많은 응용 분야에서 레이저 다이오드가 이러한 역할을 수행하고 있습니다. 일하다. 추상적인 것처럼 보이지만 가상 세계는 매우 현실적이고 매우 잘 이해되는 자료를 기반으로 구축됩니다.

이것은 일부 과학자들이 재료의 "황금기"라고 묘사하는 시기입니다. 이국적인 합금 및 초강력 복합재와 같은 새로운 고성능 물질이 등장하고 있습니다. "스마트" 재료는 모양을 기억하고 스스로 수리하거나 스스로 조립하여 부품을 만들 수 있습니다. 무언가가 빛이나 소리에 반응하는 방식을 바꾸는 작은 구조를 사용하여 물질을 매우 다른 특성을 가진 "메타물질"로 바꿀 수 있습니다. 나노기술 옹호자들은 사물을 원자 단위로 만드는 것에 대해 이야기합니다. 그 결과, 오래된 것을 더 좋게 만들기 위해 그것을 사용하는 방법에 대한 새로운 물질과 새로운 아이디어, 그리고 이전에 만들어진 적이 없는 새로운 것들이 홍수처럼 쏟아져 나옵니다.

대학의 재료학과는 활기 넘치는 기업 문화를 조성하고 수많은 혁신을 일으키며 번창하고 있습니다(아래 상자 참조). 이러한 발견 중 다수는 실험실 시연에서 상업적 제안으로 확장되지 못할 것입니다. 그러나 일부는 전구처럼 세상을 바꿀 수도 있습니다.