Материаловедение

Наука о материалах История материаловедения Материаловедение возникло в эпоху Просвещения как междисциплинарная область.   Включает элементы физики, химии и инженерного дела.   […]

Наука о материалах

  • История материаловедения

    • Материаловедение возникло в эпоху Просвещения как междисциплинарная область.  
    • Включает элементы физики, химии и инженерного дела.  
    • С 1940-х годов получило признание как особая область науки и техники.  
  • Основные принципы материаловедения

    • Понимание взаимосвязи между структурой, обработкой и свойствами материалов.  
    • Парадигма материалов используется в нанотехнологиях, биоматериалах и металлургии.  
    • Важная часть судебной экспертизы и анализа неисправностей.  
  • Развитие материаловедения

    • Изначально основано на производстве керамики и металлургии.  
    • Крупный прорыв в конце 19 века благодаря Джозайе Уилларду Гиббсу.  
    • Важные элементы: продукты космической гонки, каучуки, пластмассы, полупроводники и биоматериалы.  
  • Фундаментальные основы

    • Материал определяется как вещество для определенных областей применения.  
    • Включает изучение структуры, методов обработки и свойств материалов.  
    • Структура изучается на атомном, молекулярном и макроскопическом уровнях.  
  • Структура материалов

    • Атомная структура: расположение атомов, образование молекул и кристаллов.  
    • Связывание: изучение квантовой химии и физики для понимания связей.  
    • Кристаллография: изучение расположения атомов в кристаллических телах.  
    • Наноструктура: материалы с наноразмерными объектами, обладающими уникальными свойствами.  
  • Наноструктура и микроструктура

    • Наноструктура — это структура материала размером от 100 нм до нескольких сантиметров.  
    • Микроструктура — это структура поверхности или тонкой пленки материала, видимая с увеличением более 25 раз.  
    • Микроструктура влияет на физические свойства материала.  
  • Макроструктура и свойства материалов

    • Макроструктура — это внешний вид материала в масштабе от миллиметров до метров.  
    • Материалы обладают механическими, химическими, электрическими, тепловыми, оптическими и магнитными свойствами.  
    • Свойства материала определяют его практичность и инженерное применение.  
  • Обработка и синтез материалов

    • Синтез и обработка включают создание материала с желаемой микро-наноструктурой.  
    • Разработка методов обработки материалов важна для материаловедения.  
    • Различные материалы требуют различных методов обработки.  
  • Термодинамика и кинетика

    • Термодинамика описывает макроскопические переменные, такие как внутренняя энергия и энтропия.  
    • Кинетика изучает скорости изменения материалов под воздействием различных сил.  
  • Исследования в материаловедении

    • Материаловедение активно исследуется в различных областях, включая наноматериалы, биоматериалы, электронные, оптические и магнитные материалы.  
    • Исследования включают моделирование поведения материалов и разработку новых материалов.  
  • Промышленное применение материаловедения

    • Материаловедение применяется в различных отраслях промышленности, включая разработку материалов, методы обработки и аналитические методы.  
    • Специалисты по материаловедению занимаются извлечением материалов и их преобразованием в полезные формы.  
  • Классификация материалов

    • Материалы классифицируются по эмпирическому составу и атомной структуре.  
    • Керамические контейнеры оптически прозрачны, но тяжелые и хрупкие.  
    • Металлические контейнеры прочны, но непрозрачны и дороги.  
    • Полимерные контейнеры прочны, прозрачны, недороги, но менее устойчивы к углекислому газу.  
  • Керамика и стекло

    • Керамика и стекло хрупкие, но используются в промышленности.  
    • Керамика содержит диоксид кремния, стекло — оксид металла.  
    • Керамика используется в окнах, защитных очках, телекоммуникациях.  
    • Стекло Corning Gorilla Glass улучшает свойства обычных компонентов.  
    • Инженерная керамика известна своей жесткостью и стабильностью.  
  • Композитные материалы

    • Композитные материалы состоят из двух или более макроскопических фаз.  
    • Примеры: железобетон, теплоизоляционные плиты, RCC для космических шаттлов.  
    • RCC выдерживает высокие температуры и устойчив к окислению.  
    • Пластиковые корпуса телевизоров и телефонов содержат термопластичную матрицу и армирующие волокна.  
  • Полимеры

    • Полимеры состоят из множества идентичных компонентов, соединенных цепочками.  
    • Примеры полимеров: полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол, нейлон, сложные полиэфиры.  
    • Полимеры делятся на товарные, специальные и инженерные пластики.  
    • Поливинилхлорид (ПВХ) широко используется, но имеет различные добавки для изменения свойств.  
    • Поликарбонат считается инженерным пластиком, ценится за прочность и особые свойства.  
  • Металлические сплавы

    • Сплавы железа составляют наибольшую долю металлов.  
    • Стали различаются по содержанию углерода, что влияет на твердость и прочность.  
    • Чугун содержит более 2,00% углерода, нержавеющая сталь — более 10% хрома.  
    • Сплавы алюминия, титана, меди и магния ценятся за прочность и вес.  
  • Полупроводники

    • Полупроводники обладают удельным сопротивлением между проводником и изолятором.  
    • Кремний составляет наибольшую долю используемых полупроводников.  
    • Полупроводниковые приборы используются в электронике, заменяя термоэлектронные устройства.  
    • Полупроводники изготавливаются в виде дискретных устройств и интегральных схем.  
  • Преимущества GaAs

    • Высокая подвижность электронов и скорость насыщения  
    • Применение в высокоскоростной электронике  
    • Использование в мобильных телефонах, спутниковой связи, микроволновых линиях и радиолокационных системах  
  • Другие полупроводниковые материалы

    • Германий, карбид кремния, нитрид галлия  
    • Различные области применения  
  • История материаловедения

    • Развитие с 1950-х годов  
    • Объединение металлургии, керамики, физики твердого тела, полимерной инженерии и других областей  
  • Важность материаловедения

    • Материалы имеют решающее значение для инженеров  
    • Материаловедение становится важной частью инженерного образования  
  • Физика материалов

    • Использование физических методов для описания свойств материалов  
    • Синтез физических наук, таких как химия, механика и физика твердого тела  
    • Применение фундаментальных концепций к сложным многофазным средам  
  • Современные области работы физиков-материаловедов

    • Электронные, оптические и магнитные материалы  
    • Новые материалы и структуры  
    • Квантовые явления в материалах  
    • Неравновесная физика и физика мягких конденсированных сред  
  • Междисциплинарность материаловедения

    • Тесные связи с науками о жизни и археологией  
    • Биоинспирированные и палеоинспирированные подходы  
  • Субдисциплины материаловедения

    • Керамика, металлы, полимеры, композиты  
    • Разработка керамики, металлургия, наука и техника о полимерах, разработка композиционных материалов  
  • Смежные и междисциплинарные области

    • Физика конденсированных сред, физика твердого тела, химия твердого тела  
    • Нанотехнологии, минералогия, супрамолекулярная химия, наука о биоматериалах  
  • Профессиональные сообщества

    • Американское керамическое общество, Международная организация ASM, Ассоциация по технологиям черной металлургии, Общество по исследованию материалов, Общество минералов, металлов и материалов  
  • Дополнительные ресурсы

    • Научный портал, Инженерный портал  
    • Материал на биологической основе, Биопластичный  
    • Разработка криминалистических материалов  
    • Список новейших технологий в области материаловедения, Список журналов по материаловедению, Перечень методов анализа материалов  
    • Материаловедение в научной фантастике, Хронология развития технологии материалов  
    • Рекомендации, Цитаты, Библиография, Дальнейшее чтение  

Полный текст статьи:

Материаловедение

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх