W tym wpisie na blogu dowiemy się, w jaki sposób kolor i przezroczystość materiałów zależą od poziomów energetycznych i właściwości optycznych elektronów.
Wydział Materiałoznawstwa i Inżynierii Materiałowej to kierunek, który zajmuje się wszystkimi rodzajami materiałów, których używamy. W innych szkołach ten wydział jest znany jako Wydział Nowych Materiałoznawstwa. Wydział Materiałoznawstwa i Inżynierii Materiałowej bada materiały, których używamy, szeroko podzielone na metale, ceramikę i polimery (związki polimerowe). Na Uniwersytecie Narodowym w Seulu, w przeciwieństwie do innych wydziałów, studenci nie wybierają konkretnego kierunku studiów na poziomie licencjackim, ale studiują wszystkie trzy kierunki. Następnie, gdy rozpoczynasz studia podyplomowe, wybierasz jeden z trzech kierunków studiów.
Inżynieria materiałowa odgrywa bardzo ważną rolę w naszym codziennym życiu. Badania i rozwój materiałów są zaangażowane we wszystko, czego używamy, takie jak smartfony, samochody i urządzenia medyczne. Na przykład smartfony wymagają cienkich, lekkich, ale wytrzymałych metali i szkła, a także elastycznych materiałów polimerowych. Proces opracowywania i ulepszania tych materiałów stanowi sedno inżynierii materiałowej. W przypadku urządzeń medycznych ważne jest opracowanie materiałów biokompatybilnych, które są nieszkodliwe dla ludzkiego ciała i mogą niezawodnie wykonywać swoje funkcje.
Jestem jeszcze na drugim roku, więc miałem tylko kilka zajęć na Wydziale Inżynierii Materiałowej, ale spośród przedmiotów, których się do tej pory nauczyłem, najbardziej imponującym jest „Nowoczesna fizyka materiałów”. Przedmiot ten przygląda się materiałom z perspektywy fizycznej. Ponieważ jest to „nowoczesna fizyka”, analizuje materiały z perspektywy mikroskopowej, patrząc na nie w bardzo małej skali. Byłem zainteresowany porównaniem zjawisk mikroskopowych, których nie możemy zobaczyć gołym okiem, ze zjawiskami makroskopowymi, które możemy zobaczyć gołym okiem. Podobał mi się ten kurs, ponieważ był podobny do mojego przekonania, że „to, co widzisz, to nie wszystko”. Byłem pod wrażeniem tego, jak kurs wyjaśniał zjawiska, których nie można wyjaśnić za pomocą fizyki klasycznej, takie jak elektrony przechodzące przez ściany lub substancje mające właściwości falowe, które powodują ich rozszczepienie, za pomocą zjawisk mikroskopowych.
Spośród zjawisk, których nie można udowodnić makroskopowo, ten kurs jest szczególnie skuteczny w wyjaśnianiu właściwości optycznych materiałów. Dzieje się tak, ponieważ większość tego, czego uczymy się we współczesnej fizyce, dotyczy elektronów, które tworzą atomy, a zjawiska optyczne są związane z elektronami. Na przykład ten kurs wyjaśniał, dlaczego czerwone materiały są czerwone, a przezroczyste materiały są przezroczyste dzięki poziomom energii elektronów. Dowiedziałem się, że możemy znaleźć unikalne poziomy energii materiałów i obliczyć różnice w energii światła, aby określić odpowiadające im długości fal kolorów. Dzięki temu mogłem nauczyć się, jak sztucznie nadać materiałom pożądane kolory.
Spośród sprzętu eksperymentalnego, byłem szczególnie zainteresowany lekcją na temat zasady działania skaningowego mikroskopu tunelowego (STM). Wiele materiałów, których używamy, jest wykorzystywanych na poziomie atomowym lub molekularnym i nawet przy użyciu najbardziej zaawansowanych mikroskopów, nie można zobaczyć ich struktury gołym okiem. Skaningowy mikroskop tunelowy wykorzystuje właściwość elektronów przechodzących przez materiały. Zjawisko to nazywa się „tunelowaniem”, a mierząc stopień tunelowania, można zrozumieć strukturę tych niezwykle małych materiałów bez oglądania ich gołym okiem.
Wydział Materiałoznawstwa i Inżynierii Materiałowej zapewnia systematyczną edukację poprzez teorię i eksperymenty, ucząc studentów technologii, które mogą być stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Poprzez ten proces uczenia się studenci rozwijają umiejętność rozwiązywania różnych problemów technicznych w przyszłości. Spośród kursów, które ukończyłem do tej pory, najbardziej podobał mi się kurs „Nowoczesna fizyka materiałów” oraz odpowiadające mu eksperymenty i narzędzia eksperymentalne. Chociaż będzie trudno się go uczyć, ponieważ jest niewidoczny, chciałbym pójść na studia podyplomowe i prowadzić badania związane z tą dziedziną ze względu na wielkie poczucie spełnienia, jakie odczuwam dzięki procesowi badawczemu.
Przyszłość inżynierii materiałowej jest bardzo jasna. Rola inżynierii materiałowej stanie się jeszcze ważniejsza w różnych dziedzinach, takich jak zrównoważona energia, ochrona środowiska i rozwój zaawansowanych technologii. Na przykład inżynieria materiałowa stanie się jeszcze ważniejsza w rozwoju baterii nowej generacji, poprawie efektywności odnawialnych źródeł energii i rozwoju biomateriałów. Dlatego też studiowanie inżynierii materiałowej będzie odgrywać ważną rolę w przewodzeniu innowacjom technologicznym w przyszłości.
