علوم مواد
در این میان رشتهای در زمینه علم موادنیز معمولاً نامیده میشوند و علم مواد مهندسی در طراحی و کشف مواد جدید به خصوص مواد جامد. فکری ریشههای علم مواد بنیادی از روشنگری، زمانی که محققان شروع به استفاده از تفکر تحلیلی از شیمیبا فیزیکو مهندسی به درک باستان پدیدار مشاهدات در متالورژی و کانیشناسی.[۱][۲] علم مواد هنوز هم عناصر شامل از فیزیک و شیمی و مهندسی. به این ترتیب زمینه بود در نظر گرفته شده توسط موسسات دانشگاهی به عنوان یک زیر رشته از این رشتههای مرتبط. ابتدا در 1940s علم مواد شروع میشود بیشتر بهطور گستردهای به رسمیت شناخته شده به عنوان خاص و متمایز زمینه علم و مهندسی و رشتههای فنی دانشگاههای سراسر جهان ایجاد شده اختصاص داده شده مدارس از مطالعه در هر دو علم یا مهندسی، مدارس، از این رو نامگذاری است.
- علم مواد است که همتایی نظم و انضباط hybridizing متالورژی، سرامیک، حالت جامد، فیزیک و شیمی. این اولین مثال از یک رشته دانشگاهی در حال ظهور توسط همجوشی به جای شکافت.[۳]
بسیاری از مبرمترین مشکلات علمی انسان در حال حاضر با آن مواجه هستند با توجه به محدودیتهای مواد که در دسترس هستند و چگونه آنها استفاده میشود؛ بنابراین پیشرفت در علم مواد به احتمال زیاد به تحت تأثیر قرار، آینده فناوری بهطور قابل توجهی.[۴][۵]
مواد دانشمندان بر درک چگونه تاریخ یک ماده (پردازش) تأثیرات ساختار آن و در نتیجه این مواد خواص و عملکرد. درک پردازش-ساختار-خواص روابط نامیده میشود § materials paradigmاست. این پارادایم است که استفاده میشود برای پیشبرد درک در انواع زمینههای تحقیقاتی از جمله فناوری نانوبا biomaterialsو متالورژی. علم مواد نیز بخش مهمی از پزشکی قانونی مهندسی و تجزیه و تحلیل شکست – بررسی مواد و محصولات سازه یا اجزای که شکست یا نه تابع به عنوان در نظر گرفته شده باعث صدمه شخصی یا صدمه به اموال. از جمله تحقیقات در حال کلید درک برای مثال علل مختلف حمل و نقل هوایی تصادفات و حوادثاست.
تاریخچه[ویرایش]
مواد انتخاب شده دوران است که اغلب در یک نقطه تعریف شدهاست. عباراتی مانند سن سنگهای عصر برنزبا عصر آهنو فولاد سن هستند تاریخی اگر خودسرانه نمونه. در اصل ناشی از تولید سرامیک و آن احتمالی مشتق و متالورژی و علم مواد یکی از قدیمیترین اشکال فنی و مهندسی و علوم کاربردی است. مواد مدرن علم تکامل بهطور مستقیم از متالورژیکه خود تکامل یافته از و معدن (به احتمال زیاد) سرامیک و قبل از استفاده از آتش است. دستیابی به موفقیت بزرگ در درک مواد رخ داده در اواخر قرن ۱۹ زمانی که دانشمند آمریکایی Josiah ویلارد گیبس نشان داد که ترمودینامیکی خواص مرتبط با اتمی ساختارهای مختلف در مراحل مربوط به خواص فیزیکی مواد است. عناصر مهم از مواد مدرن علم یک محصول از فضای مسابقه: درک و مهندسی فلزی آلیاژهایو سیلیس و کربن، مواد مورد استفاده در ساخت وسایل نقلیه فضایی امکان اکتشاف فضا. علم مواد رانده شده و رانده شده توسط توسعه فن آوریهای انقلاب مانند لاستیکهای پلاستیکهای نیمه هادیهاو biomaterials.
قبل از دهه ۱۹۶۰ (و در برخی موارد چندین دهه پس از بسیاری از علم مواد ادارات بودند به نام متالورژی بخش بازتاب قرن ۱۹ و اوایل قرن ۲۰ تأکید بر روی فلزات است. رشد علم مواد در ایالات متحده بود کاتالیز در بخشی از پروژههای تحقیقاتی پیشرفته سازمانکه بودجه یک سری از دانشگاه به میزبانی آزمایشگاه در اوایل دهه ۱۹۶۰ «به گسترش برنامه ملی تحقیقات پایه و آموزش در مواد علوم است.»[۶] این زمینه از گسترش شامل هر کلاس از مواد از جمله سرامیکهای پلیمرهای نیمه هادیهای مغناطیسی مواد ایمپلنتهای پزشکی و مواد بیولوژیکی و مواد و نانومواد با مواد مدرن طبقهبندی شده در ۳ گروه مجزا: اسکلت فلزی یا پلیمری. برجسته تغییر در علم مواد در طول دو دهه گذشته فعال است استفاده از شبیهسازی کامپیوتری روش برای پیدا کردن ترکیبات جدید، پیشبینی خواص مختلف است.
اصول[ویرایش]
مواد تعریف شدهاست به عنوان یک ماده (اغلب جامد اما دیگر تغلیظ فاز میتواند شامل میشود) که در نظر گرفته شدهاست برای برنامههای کاربردی خاص.[۷] وجود دارد بی شمار از مواد اطراف ما—آنها را میتوان در هر چیزی از ساختمانها به سفینه فضایی. مواد میتواند بهطور کلی بیشتر تقسیم به دو کلاس: کریستالی و غیر کریستالیاست. سنتی نمونههایی از مواد فلزاتبا نیمه هادیهابا سرامیکها و پلیمرها.[۸] مواد نو و پیشرفته است که در حال توسعه هستند شامل نانوموادبا biomaterialsهای[۹] و انرژی مواد به نام چند.
اساس علم مواد شامل مطالعه ساختار مواد و مربوط به خواصاست. یک بار مواد دانشمند میداند در مورد این ساختار مالکیت همبستگی سپس آنها میتوانند به مطالعه عملکرد نسبی از یک ماده در یک برنامه داده شدهاست. عوامل عمده ای از ساختار مواد و در نتیجه آن خواص تشکیل دهنده آن عناصر شیمیایی و راه که در آن پردازش شدهاست به شکل نهایی خود را. این ویژگیها با هم گرفته و مربوط از طریق قوانین ترمودینامیک و سینتیکهای حاکم بر مواد ساختارو در نتیجه خواص آن است.
ساختار[ویرایش]
همانطور که در بالا ذکر شد ساختار یکی از مهمترین قطعات در این زمینه از علم مواد است. علم مواد به بررسی ساختار مواد در مقیاس اتمی تمام راه را تا به ماکرو مقیاس. خصوصیات راه مواد دانشمندان با بررسی ساختار مواد است. این شامل روشهای مانند پراش با اشعه Xبا الکترونیا نوترونو اشکال مختلف از طیفسنجی و آنالیز شیمیایی مانند طیفسنجی رامانهای انرژی-استفاده از طیفسنجی (EDS), کروماتوگرافیهای تجزیه و تحلیل حرارتیبا میکروسکوپ الکترونی تجزیه و تحلیل، ساختار مورد مطالعه در سطوح مختلف که در زیر به تفصیل.
ساختار اتمی[ویرایش]
این معاملات با اتم از مواد و چگونه آنها را مرتب به مولکولهای کریستال و غیره. بسیاری از لوازم الکتریکی و مغناطیسی و خواص شیمیایی مواد بوجود میآیند از این سطح از ساختار. طول مقیاسهای درگیر در انگستروم(Å). راه که در آن اتمها و مولکولهای هستند که پیوند میخورند و مرتب اساسی برای مطالعه خواص و رفتار از هر گونه مواد.
در توصیف نانوساختارهای لازم است به افتراق بین تعداد ابعاد در مقیاس نانواست. Nanotextured سطوح را یکی از ابعاد در مقیاس نانو به عنوان مثال تنها ضخامت سطح یک شی است که بین ۰٫۱ تا 100 نانومتر است. نانو لولهها دارای دو بعد در مقیاس نانو به عنوان مثال قطر لوله بین ۰٫۱ و 100 نیوتن متر؛ طول آن میتواند بسیار بیشتر است. در نهایت کروی نانوذرات دارای سه بعد در مقیاس نانو به عنوان مثال ذره بین ۰٫۱ تا 100 نانومتر در هر مکانی ابعاد. شرایط نانوذرات و ultrafine ذرات (UFP) اغلب مترادف استفاده میشود اگر چه UFP میتواند به micrometre محدوده. اصطلاح 'نانوساختار' است که اغلب استفاده میشود زمانی که مراجعه کننده به فن آوری مغناطیسی. نانو ساختار در زیستشناسی است که اغلب به نام فراساختار.
مواد که اتمها و مولکولهای تشکیل ترکیبات در مقیاس نانو (به عنوان مثال، آنها شکل نانوساختار) نامیده میشود نانومواد است. نانومواد موضوع شدید پژوهش در علم مواد در جامعه با توجه به خواص منحصر به فرد است که آنها در این نمایشگاه است.
ساختار[ویرایش]
ساختار تعریف شدهاست به عنوان ساختار یک سطح آماده شده یا فویل نازک از مواد به عنوان نشان داد توسط یک میکروسکوپ بالای ۲۵× بزرگنمایی. آن را با اشیاء از 100 نانومتر به چند سانتیمتر است. ساختار مواد (که میتوان بطور گسترده به طبقهبندی فلزی پلیمری و سرامیک و کامپوزیت) میتواند به شدت تأثیر خواص فیزیکی مانند استحکام و سختی انعطافپذیری سختی و مقاومت به خوردگی بالا/دمای پایین و رفتار و مقاومت در برابر سایش، بسیاری از مواد سنتی (مانند فلزات و سرامیک) microstructured.
تولید کامل کریستال از یک ماده است که از لحاظ فیزیکی غیرممکن است. برای مثال هر کریستالی مواد حاوی نقص مانند رسوبدانه مرزهای (هال–Petch ارتباط), خالی، بینابینی اتم یا substitutional اتم. ساختار مواد نشان میدهد این بزرگتر نقص به طوری که آنها را میتوان مورد مطالعه با پیشرفتهای قابل توجهی در شبیهسازی و در نتیجه به صورت تصاعدی افزایش درک چگونه نقص میتواند مورد استفاده قرار گیرد به منظور افزایش خواص مواد.
ماکرو ساختار[ویرایش]
کریستالوگرافی[ویرایش]
کریستالوگرافی علمی است که به بررسی آرایش اتمها در جامدات کریستالی. کریستالوگرافی یک ابزار مفید برای مواد دانشمندان است. در تک کریستال اثرات کریستالی ترتیب از اتم است که اغلب آسان است برای دیدن ماکروسکوپی به دلیل طبیعی شکل کریستالهای منعکس کننده ساختار اتمی است. بیشتر خواص فیزیکی اغلب کنترل کریستالی نقص. درک ساختارهای کریستالی است که یک شرط مهم برای درک بلوری نقص. بیشتر مواد رخ نمیدهد به عنوان یک تک کریستال اما در چندبلوری فرم یعنی به عنوان یک کل از کریستالهای کوچک با گرایشهای مختلف. از آنجا که این پودر پراش روش که با استفاده از پراش از چندبلوری نمونه با تعداد زیادی از کریستال نقش مهمی در ساختاری تعیین. ترین مواد دارای ساختار کریستالی اما برخی از مواد مهم نیست نمایشگاه بهطور منظم ساختار بلوری است. پلیمرهای نمایش درجات مختلفی از crystallinity و بسیاری از آنها بهطور کامل noncrystalline. شیشههای برخی از سرامیک و بسیاری از مواد طبیعی هستند آمورفنه داشتن هر دوربرد سفارش خود را اتمی ترتیبات. مطالعه پلیمرهای ترکیبی از عناصر شیمیایی و ترمودینامیک آماری به ترمودینامیکی و مکانیکی توصیف خواص فیزیکی.
پیوند[ویرایش]
برای به دست آوردن درک کامل از ساختار مواد و چگونه آن را مربوط به خواص مواد دانشمند باید مطالعههای مختلف اتم یونها و مولکولهای مرتب شده و متصل به یکدیگر است. این شامل مطالعه و استفاده از کوانتوم شیمی یا فیزیک کوانتوم. حالت جامد فیزیکسه حالت جامد شیمی و شیمی فیزیک نیز درگیر در این مطالعه از پیوند و ساختار.
خواص[ویرایش]
نمایشگاه مواد خواص بی شمار از جمله موارد زیر است.
- خواص مکانیکی دیدن مقاومت مصالح
- خواص شیمیایی دیدن شیمی
- خواص الکتریکی دیدن برق
- خواص حرارتی دیدن ترمودینامیک
- خواص نوری، دیدن اپتیک و فوتونیک
- خواص مغناطیسی ببینید مغناطیس
خواص یک ماده را تعیین آن قابلیت استفاده و از این رو آن مهندسی نرمافزار.
سنتز و پردازش[ویرایش]
سنتز و پردازش شامل ایجاد یک ماده مورد نظر با میکرو-نانو ساختار. از نظر مهندسی مواد قابل استفاده در صنعت اگر بدون مقرون به صرفه روش تولید برای آن توسعه داده شدهاست. در نتیجه پردازش مواد حیاتی برای زمینه علم مواد.
مواد مختلف نیاز به پردازشهای مختلف یا روش سنتز است. برای مثال پردازش فلزات در طول تاریخ شدهاست بسیار مهم و مورد مطالعه قرار گرفتهاست در زیر شاخه ای از علم مواد به نام های فیزیکی متالورژی. همچنین شیمیایی و فیزیکی مواد و روشها نیز استفاده میشود برای سنتز مواد دیگر از قبیل پلیمرهابا سرامیکهای فیلمهای نازک، همانطور که از اوایل قرن ۲۱ روشهای جدید در حال توسعه هستند به سنتز نانومواد مانند گرافناست.
ترمودینامیک[ویرایش]
ترمودینامیک نگران است با گرما و حرارت و ارتباط آن با انرژی و کار. این تعریف ماکروسکوپی متغیرهای مانند انرژی داخلیبا آنتروپیو فشارکه تا حدودی توصیف یک جسم از ماده یا تابش. این بیان میکند که رفتار آن متغیر است موضوع بهطور کلی محدودیتهای است که مشترک به تمام مواد و نه عجیب و غریب خواص مواد خاص. این بهطور کلی محدودیتهای بیان شده در چهار قوانین ترمودینامیک، ترمودینامیک توصیف فله رفتار بدن نه میکروسکوپی رفتارهای تعداد بسیار زیادی از آن میکروسکوپی ترکیبات مانند مولکول است. رفتار این ذرات میکروسکوپی توضیح داده شدهاست و قوانین ترمودینامیک مشتق شده از مکانیک آماری.
مطالعه ترمودینامیک اساسی برای علم مواد. آن را به شکل پایه و اساس برای درمان بهطور کلی پدیدهها در علم مواد و مهندسی از جمله واکنشهای شیمیایی مغناطیس polarizability و قابلیت ارتجاعی. همچنین کمک میکند تا در درک نمودارهای فاز و فاز تعادل است.
سینتیک[ویرایش]
شیمیایی سینتیک مطالعه این نرخ که در آن سیستم است که در خارج از تعادل تغییر تحت تأثیر نیروهای مختلف است. هنگامی که به علم مواد، آن میپردازد که چگونه یک ماده با زمان تغییر میدهد (حرکت از عدم تعادل به تعادل دولت) با توجه به نرمافزار خاصی میشه. این جزئیات نرخ پروسههای مختلف در حال تحول در مواد از جمله شکل و اندازه و ترکیب و ساختار. انتشار مهم است که در مطالعه سینتیک به عنوان این است که رایجترین مکانیسم است که توسط آن مواد تحت تغییر دهید.
سینتیک ضروری است در پردازش مواد به دلیل، در میان چیزهای دیگر آن جزئیات چگونه ساختار تغییرات با استفاده از گرما.
در پژوهش[ویرایش]
علم مواد دریافت کردهاست توجه زیادی از محققان است. در بسیاری از دانشگاهها در بسیاری از بخشها اعم از فیزیک به شیمی برای مهندسی شیمیهمراه با علم مواد ادارات درگیر در تحقیقات مواد. پژوهش در علم مواد پر جنب و جوش است و شامل بسیاری از راههای. لیست زیر به هیچ وجه جامع. آن را در خدمت تنها به برجسته کردن برخی از مهمترین زمینههای تحقیقاتی.
نانومواد[ویرایش]
نانومواد توصیف در اصل مواد که یک واحد اندازه (حداقل در یک بعد) بین ۱ و ۱۰۰۰ نانومتر (10-9 متر) اما معمولاً 1-100 نانومتر است.
نانومواد تحقیقات طول میکشد یک علم مواد-رویکرد مبتنی بر فناوری نانوبا اعمال نفوذ پیشرفت در مواد اندازه و سنتز که توسعه داده شدهاست در پشتیبانی از microfabrication پژوهش است. مواد با ساختار در مقیاس نانو اغلب منحصر به فرد نوری الکترونیکی یا خواص مکانیکی.
زمینه نانومواد است آزادانه سازمان یافته مانند سنتی در زمینه شیمی به آلی (کربن-based) نانومواد مانند fullerenes و معدنی نانومواد مبتنی بر عناصر دیگر مانند سیلیکون است. نمونههایی از نانومواد شامل fullerenesهای کربنیبا nanocrystals،
Biomaterials[ویرایش]
یک نوع ماده بیولوژیکی است که هر ماده سطحی یا ساخت است که در تعامل با سیستمهای بیولوژیکی است. مطالعه biomaterials است به نام زیستی علم مواد. آن را تجربه کردهاست ثابت و قوی رشد بیش از آن تاریخ با بسیاری از شرکتهای سرمایهگذاری مقدار زیادی از پول را به توسعه محصولات جدید. Biomaterials science شامل عناصر از داروهای زیستشناسیبا شیمیبا مهندسی بافتو علم مواد.
Biomaterials را میتوان مشتق شده یا از طبیعت یا سنتز شده در آزمایشگاه با استفاده از انواع روشهای شیمیایی با استفاده از فلزی قطعات پلیمرهای bioceramicsیا مواد کامپوزیت. آنها اغلب استفاده میشود و/یا با اقتباس از یک برنامه پزشکی و بنابراین شامل تمام یا بخشی از یک زندگی ساختار یا پزشکی دستگاه که انجام میدهد موجب افزایش یا جایگزین یک عملکرد طبیعی است. از جمله توابع ممکن است خوشخیم مانند استفاده میشود برای دریچه قلبو یا ممکن است فعال زیستی با قابلیتهای تعاملی تر مانند hydroxylapatite پوشش ایمپلنت هیپ. Biomaterials نیز استفاده میشود هر روز در برنامههای دندانپزشکی و جراحی و دارو. به عنوان مثال یک سازه با آغشته محصولات دارویی را میتوان به بدن است که اجازه میدهد آزادی طولانی مدت از مواد مخدر بیش از یک دوره طولانی از زمان. یک نوع ماده بیولوژیکی نیز ممکن است یک اتوگرافتبا آلوگرفت یا xenograft استفاده میشود به عنوان یک پیوند عضو مواد.
الکترونیک نوری و مغناطیسی[ویرایش]
نیمه هادیها و فلزات و سرامیک استفاده میشود امروز به شکل بسیار سیستمهای پیچیده مانند یکپارچه مدارهای الکترونیکی دستگاههای نوری و مغناطیسی و نوری انبوه رسانههای ذخیرهسازی. این مواد فرم ما بر اساس محاسبات مدرن جهان و از این رو تحقیقات به این مواد است که از اهمیت حیاتی است.
نیمه هادیها سنتی هستند به عنوان مثال از این نوع مواد است. آنها مواد که خواص هستند که متوسط بین هادی و عایق. الکتریکی خود را conductivities بسیار حساس به غلظت ناخالصی و این اجازه میدهد تا برای استفاده از دوپینگ برای رسیدن به مطلوب الکترونیکی خواص. از این رو هادی فرم صورت سنتی و کامپیوتری.
این رشته همچنین شامل مناطق جدید از تحقیقات مانند ابررسانا مواد spintronicsهای فرامواد، مطالعه این مواد شامل آگاهی از علم مواد و حالت جامد فیزیک یا فیزیک ماده چگالاست.
محاسباتی علم و نظریه[ویرایش]
با افزایش قدرت محاسباتی شبیهسازی رفتار مواد ممکن است تبدیل شدهاست. این را قادر میسازد تا مواد دانشمندان به کشف خواص مواد که قبلاً ناشناخته و همچنین برای طراحی مواد جدید است. تا حالا مواد جدید یافت شد زمان مصرف و آزمون و خطا در فرآیندهای. اما در حال حاضر امید است که روشهای محاسباتی میتواند به شدت کاهش میدهد و اجازه میدهد خیاطی، خواص مواد. این شامل شبیهسازی مواد در تمام طول مقیاس با استفاده از روشهای مانند نظریه تابعی چگالیهای دینامیک مولکولی،
در صنعت[ویرایش]
رادیکال مواد پیشرفت میتواند درایو ایجاد محصولات جدید یا حتی صنایع جدید اما پایدار صنایع نیز استخدام مواد دانشمندان به پیشرفت تدریجی و عیبیابی مشکلات در حال حاضر استفاده از مواد. کاربردهای صنعتی از علم مواد شامل مواد طراحی هزینه-سود مبادلات در تولید صنعتی مواد و روشهای پردازش (مصاحبههای نوردهای جوشکاریبا کاشت یونهای رشد کریستالهای رسوب-فیلم نازکبا پختمادر داستانهای کوتاهو غیره), و روش تحلیلی (خصوصیات روشهای مانند میکروسکوپ الکترونیبا پراش پرتو-Xبا calorimetryهای هسته ای میکروسکوپ (HEFIB)با رادرفورد backscatteringهای پراش نوترونهای کوچک-angle X-ray scattering (SAXS) ،).
علاوه بر این مواد خواص مواد دانشمند یا مهندس معاملات نیز با استخراج مواد و تبدیل آنها به اشکال مفید است؛ بنابراین شمش ریختهگری، ریختهگری به روش کوره بلند استخراج و الکترولیتی استخراج همه بخشی از دانش مورد نیاز یک مهندس مواد. اغلب حضور و غیبت یا تنوع دقیقه مقادیر عناصر ثانویه و ترکیبات در مواد فله را تا حد زیادی تحت تأثیر قرار نهایی خواص مواد تولید میشود. مثلاً فولادهای طبقهبندی شده بر اساس ۱/۱۰ و ۱/۱۰۰ وزن درصد کربن و عناصر آلیاژی آنها باشد. در نتیجه استخراج و تصفیه روشهای مورد استفاده برای استخراج آهن در یک کوره میتواند بر کیفیت فولاد است که تولید شدهاست.
سرامیک و[ویرایش]
برنامههای دیگر از علم مواد است که ساختار سرامیک و شیشه بهطور معمول در ارتباط با اکثر مواد شکننده است. اتصال سرامیک و شیشه با استفاده از کووالانسی و یونی-کووالانسی انواع با SiO2 (سیلیس یا شن و ماسه) به عنوان یک بلوک ساختمان اساسی است. سرامیکها به عنوان نرم به عنوان خاک رس یا به عنوان سخت به عنوان سنگ و بتن. معمولاً آنها کریستالی در فرم. ترین، حاوی اکسید فلز ذوب شده با سیلیکا. در درجه حرارت بالا استفاده میشود برای تهیه شیشه مواد چسبناک مایع است. ساختار شیشه ای شکل به یک آمورف دولت بر خنککننده. Windowpanes و عینک مهم هستند نمونه. الیاف شیشه نیز در دسترس هستند. مقاوم در برابر خراش، کورنینگ گوریل شیشه ای است یک مثال شناخته شده از نرمافزار از علم مواد به شدت بهبود خواص مشترک قطعات. الماس و کربن در گرافیت فرم در نظر گرفته شود سرامیک.
مهندسی سرامیکهای خود را برای شناخته شده و سفتی و پایداری تحت درجه حرارت بالا در فشرده سازی و برق و استرس است. آلومینا کاربید سیلیکونو کاربید تنگستن ساخته شده از پودر خوب از تشکیل خود را در یک فرایند تف جوشی با یک جمع کن. با فشار دادن فراهم میکند و مواد با تراکم بالاتر. رسوب شیمیایی بخار میتوانید یک فیلم از یک سرامیک در مواد دیگر است. Cermets هستند ذرات سرامیکی حاوی برخی فلزات. مقاومت به سایش ابزار مشتق شدهاست از سمان کاربیدهای با فلز فاز کبالت و نیکل بهطور معمول اضافه شده به تغییر خواص.
کامپوزیت[ویرایش]
برنامههای دیگر از علم مواد در صنعت ساخت مواد کامپوزیت. این مواد ساختار تشکیل شده از دو یا بیشتر از ماکروسکوپی فاز. برنامه طیف وسیعی از عناصر ساختاری مانند فولاد-بتن مسلح به عایق حرارتی کاشی که نقش کلیدی و انتگرال نقش در ناسا , شاتل فضایی سیستم حفاظت حرارتی استفاده شدهاست که برای محافظت از سطح شاتل از گرما از ورود مجدد به جو زمین است. یکی از نمونههای تقویت شده با کربن-کربن (RCC) نور خاکستری مواد که در برابر ورود مجدد درجه حرارت تا 1,510۱٬۵۱۰ درجه سلسیوس (۲٬۷۵۰ درجه فارنهایت) و محافظت شاتل فضایی بال پیشرو لبهها و بینی کلاه. RCC به ارتفاع یک لایه مواد کامپوزیت ساخته شده از گرافیت ریون پارچه آغشته به رزین فنلیاست. پس از پخت در درجه حرارت بالا در اتوکلاو لمینیت است pyrolized برای تبدیل رزین کربن آغشته با فورفورال الکل در یک محفظه خلاء و درمان-pyrolized برای تبدیل فورفورال الکل به کربنی است. به ارائه مقاومت در برابر اکسیداسیون برای استفاده مجدد از توانایی لایههای بیرونی RCC در حال تبدیل به سیلیکون کاربید.
نمونههای دیگر را میتوان در «پلاستیک» روده از مجموعههای تلویزیونی تلفن-تلفن و غیره. این پلاستیک روده معمولاً از مواد کامپوزیت ساخته شده از یک ترموپلاستیک ماتریس مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) است که در آن کربنات کلسیم گچ تالکبا الیاف شیشه یا الیاف کربن اضافه شدهاند برای قدرت اضافه شده به صورت فله یا الکترواستاتیک پراکندگی. این اضافات ممکن است نامیده میشوند الیاف تقویت کننده یا dispersants بسته به هدف خود را.
پلیمرها[ویرایش]
پلیمرها هستند ترکیبات شیمیایی ساخته شده تا تعداد زیادی از یکسان اجزای مرتبط با هم مانند زنجیر است. آنها بخش مهمی از علم مواد است. پلیمرها مواد اولیه (رزین) استفاده میشود تا آنچه که معمولاً به نام پلاستیک و لاستیک. پلاستیک و لاستیک واقعاً محصول نهایی ایجاد شده بعد از یک یا چند پلیمر یا مواد افزودنی اضافه شده به رزین در طول پردازش است که پس از آن شکل به شکل نهایی. پلاستیک که بودهاست و که در زمان استفاده گسترده شامل پلی اتیلنهای پلی پروپیلنبا پلی وینیل کلراید (PVC) و پلی استایرنبا لولههای پلی استرهاهای آکریلیکهای ترموپلاستیکو پلی کربنات و همچنین لاستیک شدهاند که در اطراف در حال طبیعی لاستیک استایرن-بوتادین لاستیک chloropreneو بوتادین لاستیک. پلاستیک بهطور کلی به عنوان کالاهای تخصصی و مهندسی پلاستیک.
پلی وینیل کلراید (PVC) بهطور گستردهای استفاده میشود و ارزان و تولید سالانه مقادیر زیادی. آن آشنایی خود را به یک آرایه وسیعی از برنامههای کاربردی از چرم مصنوعی به عایق الکتریکی و کابل کشی بستهبندیو ظروف. آن ساخت و پردازش ساده هستند و به خوبی تأسیس شدهاست. تطبیق پذیری از پی وی سی است که با توجه به طیف گستردهای از plasticisers و دیگر مواد افزودنی است که آن را میپذیرد. اصطلاح «افزودنی» در پلیمر علوم اشاره به ترکیبات و مواد شیمیایی اضافه شده به پلیمر پایه برای تغییر آن خواص مواد.
پلی کربنات خواهد بود بهطور معمول در نظر گرفته پلاستیکهای مهندسی (نمونههای دیگر شامل زیرچشمی نگاه کردن ABS). چنین پلاستیک هستند ارزش خود را برتر نقاط قوت و دیگر مواد مخصوص خواص است. آنها معمولاً استفاده نمیشود برای یکبار مصرف برنامههای کاربردی بر خلاف کالا پلاستیک.
تخصص پلاستیک مواد با ویژگیهای منحصر به فرد مانند فوقالعاده بالا و قدرت هدایت الکتریکی الکترو-فلورسانس بالا و پایداری حرارتی و غیره.
تقسیم خطوط بین انواع مختلف پلاستیک است نه بر اساس مواد بلکه در خواص خود را و برنامههای کاربردی. برای مثال پلی اتیلن (PE) ارزان اصطکاک کم پلیمر استفاده میشود معمولاً به کیسههای یکبار مصرف برای خرید و زباله در نظر گرفته شدهاست یک کالا پلاستیک در حالی که متوسط-پلی اتیلن با چگالی (MDPE) استفاده میشود به صورت زیرزمینی گاز و لولههای آب و دیگر انواع به نام فوقالعاده بالا و با وزن مولکولی پلی اتیلن (UHMWPE) یک پلاستیکهای مهندسی که بهطور گسترده به عنوان سر خوردن ریال برای تجهیزات صنعتی و اصطکاک کم سوکت در کاشته مفاصل ران.
آلیاژهای فلزی[ویرایش]
این مطالعه از آلیاژهای فلزی است که بخش قابل توجهی از علم مواد است. از تمام آلیاژهای فلزی در استفاده از امروز، آلیاژهای آهن (فولادهای ضد زنگزدن آهنبا ابزار فولادهای آلیاژی) را تشکیل میدهند بزرگترین جمعیت هر دو مقدار و ارزش تجاری. آهن آلیاژهای مختلف با نسبت کربن به پایین متوسط و بالا کربن فولاداست. آهن-کربن آلیاژ تنها در نظر گرفته جراحی اگر کربن در سطح بین ۰٫۰۱٪ ۲٫۰۰٪. برای فولادهای این سختی و استحکام کششی فولاد مربوط به مقدار کربن در حال حاضر با افزایش کربن سطوح نیز منجر به کاهش انعطافپذیری و چقرمگی. عملیات حرارتی فرآیندهای مانند عملیات حرارتی و معتدل میتواند بهطور قابل توجهی تغییر این خواص، چدن تعریف شدهاست به عنوان یک آهن–کربن آلیاژ با بیش از ۲٫۰۰ درصد اما کمتر از ۶٫۶۷٪ کربن است. فولاد ضدزنگ تعریف شدهاست به عنوان یک بهطور منظم آلیاژ فولاد با بیشتر از ۱۰ درصد وزن آلیاژسازی محتوای کروم. نیکل و مولیبدن بهطور معمول نیز در فولادهای زنگ نزن.
مهم دیگر آلیاژهای فلزی هستند که از آلومینیومبا تیتانیومبا مس و منیزیماست. آلیاژهای مس شناخته شده برای یک مدت زمان طولانی (از زمان عصر برنز) در حالی که آلیاژهای سه تن دیگر از فلزات شدهاست به تازگی توسعه یافتهاست. با توجه به این ماده شیمیایی واکنش از این فلزات آبکاری استخراج فرآیندهای مورد نیاز تنها نسبتاً به تازگی توسعه دادهاست. این آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم و منیزیم نیز شناخته شده و ارزش خود را بالا قدرت به وزن نسبت و در مورد منیزیم و توانایی خود را برای ارائه محافظ الکترومغناطیسی. این مواد هستند ایدهآل برای موقعیتهای که در آن استحکام به وزن، نسبتهای مهمتر از عمده هزینه از جمله در صنعت هوافضا و خاص خودرو مهندسی نرمافزار است.
نیمه هادیها[ویرایش]
مطالعه نیمه هادیها بخش قابل توجهی از علم مواد است. یک نیمه هادی است که ماده ای است که دارای یک مقاومت بین یک فلز و عایق. آن خواص الکترونیکی میتواند تا حد زیادی تغییر داده از طریق عمداً معرفی ناخالصی یا دوپینگ. از این نیمه هادی مواد چیزهایی مانند دیودهای ترانزیستوربا دیودهای نور (Led) و آنالوگ و دیجیتال مدارهای الکتریکی ساخته میشود ساخت آنها مواد مورد علاقه در صنعت. دستگاههای نیمه هادی را جایگزین thermionic دستگاه (لوله خلاء) در اکثر برنامههای کاربردی. دستگاههای نیمه هادی ساخته میشوند هر دو به عنوان تنها دستگاههای گسسته و مدارات مجتمع (ICs) که تشکیل شده از تعدادی—از چند نفر—از دستگاههای تولید شده و به هم پیوسته در یکنیمه هادی بستر.[۱۳]
از تمام نیمه هادیها در استفاده از امروز، سیلیکون باعث میشود تا بزرگترین بخش هر دو مقدار و ارزش تجاری. منکریستللین سیلیکون استفاده میشود برای تولید شکر و شیرینی جات استفاده میشود در نیمه هادی و الکترونیک میباشد. دوم به سیلیکون gallium arsenide (GaAs) دوم محبوبترین نیمه هادی استفاده میشود. با توجه به بالاتر آن الکترون تحرک و سرعت اشباع در مقایسه با سیلیکون، آن است که یک ماده از انتخاب برای سرعت بالا برنامههای کاربردی الکترونیک. این ویژگیهای برتر آنها دلایل قانع کننده ای برای استفاده از GaAs در مدارات گوشیهای موبایل و ماهواره و ارتباطات مایکروویو نقطه به نقطه لینکها و فرکانس بالاتر سیستمهای رادار. سایر مواد نیمه هادی شامل ژرمانیمهای کاربید سیلیکونو گالیم نیترید و برنامههای کاربردی مختلف.
نسبت به زمینههای دیگر[ویرایش]
مواد علم تکامل یافته—شروع از 1960s—از آنجا که آن را به رسمیت شناخته شدهاست که برای ایجاد و کشف و طراحی مواد جدید یکی بود به این رویکرد در یک واحد به شیوه ای؛ بنابراین، علم مواد و مهندسی پدید آمده در تقاطع زمینههای مختلف از جمله متالورژیسه حالت جامد فیزیکبا شیمیبا مهندسی شیمیبا مهندسی مکانیک و مهندسی برق.
زمینه ذاتاً میان رشتهایو مواد دانشمندان/مهندسین باید آگاه باشند و استفاده از روش فیزیکدان شیمیدان و مهندس. این زمینه در نتیجه حفظ روابط نزدیک با این رشتهاست. همچنین بسیاری از فیزیکدانان و شیمیدانان مهندسین نیز خود را مشغول به کار در علم مواد.
همپوشانی بین فیزیک و علم مواد منجر به شاخه رشته مواد فیزیکاست که در رابطه با خواص فیزیکی مواد است. این رویکرد بهطور کلی بیشتر ماکروسکوپی و کاربردی از فیزیک ماده چگالاست. ببینید مهم نشریات در مواد فیزیک برای اطلاعات بیشتر در این زمینه مطالعه.
زمینه علم مواد و مهندسی مهم است که هر دو از یک دیدگاه علمی و همچنین از یک مهندسی است. هنگامی که کشف مواد جدید یکی از برخوردهای پدیدههای جدید است که ممکن است مشاهده شدهاست قبل از. از این رو است که بسیاری از علوم به کشف شود در هنگام کار با مواد. علم مواد نیز فراهم میکند یک آزمون تئوری در فیزیک ماده چگال است.
مواد از اهمیت برای مهندسین به عنوان استفاده از مواد مناسب بسیار مهم است در هنگام طراحی سیستمهای. به عنوان یک نتیجه، علم مواد است که بخش مهمی از یک مهندس آموزش و پرورش است.
فن آوریهای نوظهور در علم مواد[ویرایش]
در حال ظهور فن آوری | وضعیت | به طور بالقوه فن آوریهای به حاشیه رانده شده | کاربردهای بالقوه | مقالات مرتبط |
---|---|---|---|---|
Aerogel | فرضی، آزمایش، انتشار، اولیه، با استفاده از[۱۴] | سنتی عایق شیشه ای | بهبود عایق insulative شیشه ای اگر میتوان آن را روشن ساخته آستین برای خطوط لوله نفت و هوافضا بالا در برابر گرما و سرمای شدید برنامههای کاربردی | |
آمورف فلزی | آزمایش | کولار | زره پوش | |
پلیمرهای رسانا | تحقیق و آزمایش نمونههای اولیه | هادی | سبک تر و ارزانتر از سیمهای آنتی استاتیک مواد آلی سلولهای خورشیدی | |
Femtotechnologyهای picotechnology | فرضی | در حال حاضر هسته ای | مواد جدید؛ سلاحهای هسته ای، قدرت | |
فولرین | آزمایش انتشار | الماس و نانو لولههای کربنی (به عنوان مثال Buckypaper) | برنامهریزی ماده | |
گرافن | فرضی، آزمایش، انتشار، اولیه، با استفاده از[۱۵][۱۶] | سیلیکون مبتنی بر مدار مجتمع | قطعات با قدرت بالاتر به وزن نسبت ترانزیستور است که کار در فرکانس بالاتر و هزینه پایینتر از صفحه نمایش صفحه نمایش در تلفن همراه دستگاههای ذخیرهسازی هیدروژن برای پیل سوختی مجهز به ماشین، سیستمهای تصفیه طولانی مدت و سریع تر شارژ باتری سنسور برای تشخیص بیماری[۱۷] | کاربردهای بالقوه گرافن |
ابررسانایی دمای بالا | برودتی گیرنده در جلو (front-end (CRFE) RF و مایکروویو فیلتر برای سیستمهای تلفن همراه ایستگاههای پایه؛ نمونه در یخ خشک; فرضی و آزمایش برای دماهای بالاتر[۱۸] | مس سیم نیمه هادی انتگرال مدارهای | بدون از دست دادن هادی اصطکاک یاتاقانهای مغناطیسی معراجبا فشرده سازی lossless با ظرفیت بالا باتریهای خودروهای برقیحرارتی-رایگان انتگرال مدارات و پردازنده | |
LiTraCon | آزمایش در حال حاضر استفاده میشود به دروازه اروپا | شیشه ای | ساختمان، آسمان خراش ها، برجها و مجسمه مانند دروازه اروپا | |
فرامواد | فرضی آزمایش انتشار[۱۹] | کلاسیک اپتیک | میکروسکوپبا دوربینهای فراماده cloakingهای دستگاههای پنهان | |
فوم فلزی | پژوهش و تجاری سازی | پوسته | فضای مستعمراتشناور شهرستانها | |
چند منظوره سازه[۲۰] | فرضی آزمایش برخی از نمونههای اولیه چند تجاری | مواد کامپوزیت بیشتر | طیف گستردهای از مثالهای خود بهداشت نظارت خود شفا موادشکلگیری است … | |
نانومواد: نانولولههای کربنی | فرضی، آزمایش، انتشار، اولیه، با استفاده از[۲۱][۲۲] | سازه های فولادی و آلومینیوم | قوی تر و سبکتر مواد آسانسور فضایی | پتانسیل کاربردهای نانولولههای کربنیبا فیبر کربن |
برنامهریزی ماده | فرضی آزمایش[۲۳][۲۴] | پوششهای کاتالیزور | طیف گستردهای از مثال claytronicsهای زیستشناسی مصنوعی | |
نقاط کوانتومی | تحقیق و آزمایش نمونههای اولیه[۲۵] | ال سی دیهای LED | کوانتوم دات لیزر، آینده، استفاده به عنوان برنامهریزی مهم در فناوریهای صفحه نمایش (تلویزیون پروجکشن) نوری ارتباطات دادهها (با سرعت بالا انتقال دادهها) پزشکی (لیزر scalpel) | |
Silicene | فرضی پژوهش | Field-effect transistors | ||
Superalloy | پژوهش و انتشار | آلومینیوم، تیتانیوم، مواد کامپوزیت | هواپیما و موتورهای جت | |
الماس مصنوعی | اوایل با استفاده از (مته طلا و جواهر) | ترانزیستور سیلیکون | الکترونیک |
جستارهای وابسته[ویرایش]
منابع[ویرایش]
نقل قول[ویرایش]
- ↑ Eddy, Matthew Daniel (2008). The Language of Mineralogy: John Walker, Chemistry and the Edinburgh Medical School 1750–1800. Ashgate. Archived from the original on 2015-09-03.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Smith, Cyril Stanley (1981). A Search for Structure. MIT Press. ISBN 978-0-262-19191-3.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ Rustum Roy (1979) interdisciplinary science on campus, pages 161–96 in Interdisciplinarity and Higher Education, J.J. Kockelmans editor, Pennsylvania State University Press
- ↑ Hemminger, John C. (August 2010). Science for Energy Technology: Strengthening the Link between Basic Research and Industry (Report). United States Department of Energy, Basic Energy Sciences Advisory Committee. Archived from the original on 2015-08-21. http://science.energy.gov/bes/news-and-resources/reports/. Retrieved 3 August 2018.
- ↑ Alivisatos, Paul; Buchanan, Michelle (March 2010). Basic Research Needs for Carbon Capture: Beyond 2020 (Report). United States Department of Energy, Basic Energy Sciences Advisory Committee. Archived from the original on 2015-08-21. http://science.energy.gov/bes/news-and-resources/reports/. Retrieved 3 August 2018.
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ "For Authors: Nature Materials" بایگانیشده در ۲۰۱۰-۰۸-۰۱ توسط Wayback Machine
- ↑ Callister, Jr. , Rethwisch. "Materials Science and Engineering – An Introduction" (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 p.5-6
- ↑ Callister, Jr. , Rethwisch. Materials Science and Engineering – An Introduction (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 p.10-12
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ خطای لوآ در پودمان:Citation/CS1/en/Identifiers در خط 47: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).
- ↑ "Archived copy". 2013-09-06. Archived from the original on 2016-06-04. Retrieved 2016-05-15.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Sto AG, Cabot Create Aerogel Insulation". Construction Digital. 15 November 2011. Archived from the original on 31 December 2011. Retrieved 18 November 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Is graphene a miracle material?". BBC Click. 21 May 2011. Retrieved 18 November 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Could graphene be the new silicon?". The Guardian. 13 November 2011. Archived from the original on 2 September 2013. Retrieved 18 November 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Applications of Graphene under Development". understandingnano.com. Archived from the original on 2014-09-21.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "The 'new age' of super materials". BBC News. 5 March 2007. Retrieved 27 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Strides in Materials, but No Invisibility Cloak". The New York Times. 8 November 2010. Archived from the original on 1 July 2017. Retrieved 21 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ NAE Website: Frontiers of Engineering بایگانیشده در ۲۰۱۴-۰۷-۲۸ توسط Wayback Machine. Nae.edu. Retrieved 22 February 2011.
- ↑ "Carbon nanotubes used to make batteries from fabrics". BBC News. 21 January 2010. Retrieved 27 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Researchers One Step Closer to Building Synthetic Brain". Daily Tech. 25 April 2011. Archived from the original on 29 April 2011. Retrieved 27 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Pentagon Developing Shape-Shifting 'Transformers' for Battlefield". Fox News. 10 June 2009. Archived from the original on 5 February 2011. Retrieved 26 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "Intel: Programmable matter takes shape". ZD Net. 22 August 2008. Retrieved 2 January 2012.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
- ↑ "'Quantum dots' to boost performance of mobile cameras". BBC News. 22 March 2010. Retrieved 16 April 2011.صفحه پودمان:Citation/CS1/en/styles.css محتوایی ندارد.
This article "علوم مواد" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:علوم مواد. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.