材料科学

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材料科学是一个涉及物质特性及其在科学和工程各个领域应用的多学科领域。它包括应用物理学化学,以及化学的,机械的,公民的与电有关的工程。媒体高度关注纳米科学纳米技术近年来,材料科学在许多大学被推到了最前沿,有时甚至引发了争议。

历史

特定时代的选择材料通常是其定义点:石器时代,青铜时代、和钢龄都是示例。材料科学是最古老的工程和应用科学形式之一。现代材料科学直接从冶金它本身是从采矿演变而来的。对材料的理解在后期出现了重大突破十九世纪,何时吉布斯证明了热力学的有关的属性原子结构在各种相位与材料的物理性质有关。现代材料科学的重要元素是太空竞赛:对金属的理解和工程合金其他用于太空飞行器建造的材料是太空探索的推动力之一。材料科学推动了革命性技术的发展,例如塑料,半导体、和生物材料.

20世纪60年代(有时几十年后)材料科学部门已命名冶金部门,从19世纪初二十世纪强调金属。此后,该领域已扩大到包括各类材料,包括:陶瓷,聚合物,半导体磁性材料和生物材料,如医用植入物。

材料科学基础

在材料科学中,我们的目标不是随意寻找和发现材料并利用其特性,而是从根本上理解材料,从而创造出具有所需特性的新材料。

所有材料科学的基础都涉及到属性以及材料在特定应用中的相对性能,通过表征该材料中原子和相的结构。材料结构及其性能的主要决定因素是其组成的化学元素及其加工成最终形式的方式。这些因素通过热力学,管理材料的微观结构,以及其属性。

材料科学中的一句古老格言说:“材料就像人;正是缺陷使它们有趣”。完美的制造晶体物质在物理上是不可能的。相反,材料科学家操纵缺陷在晶体材料中,例如沉淀物,晶界(霍尔-佩奇关系)填隙原子、空位或替代原子,创造出具有所需特性的材料。

并非所有材料都有规则的晶体结构。聚合物显示不同程度的结晶。玻璃杯,一些陶瓷,许多天然材料无定形的在原子排列中没有任何长程有序。这些材料比晶体材料更难加工。聚合物是一种混合的情况,它们的研究通常结合化学热力学和统计热力学的元素来给出热力学的描述,而不是物理性质的机械描述。

工业材料

激进派材料预付款可以推动新产品甚至新产业的创造,但稳定的产业也会聘请材料科学家进行渐进式改进,并解决当前使用材料的问题。材料科学的工业应用包括材料设计、材料工业生产中的成本效益权衡、加工技术(铸造,滚动的,焊接,离子注入,晶体生长,薄膜沉积,烧结,玻璃吹制等)和分析技术(表征技术,如电子显微镜,x射线衍射,热量测定法,核显微镜(HEFIB),卢瑟福背散射,中子衍射等)。

物理学和材料科学之间的重叠导致了材料物理学,与材料。该方法通常比凝聚态物理。请参阅材料物理学的重要出版物有关此研究领域的更多详细信息。

材料类别(按粘结类型)

材料科学包括各种类型的材料,每种材料都可能构成一个单独的领域。材料有时按原子间的键合类型分类:

  1. 离子晶体
  2. 共价晶体
  3. 金属
  4. 金属间化合物
  5. 半导体
  6. 聚合物
  7. 复合材料
  8. 玻璃质材料

材料科学的子领域

一些从业者经常考虑流变学材料科学的一个子领域,因为它可以涵盖任何流动的材料。然而,现代流变学通常处理非牛顿流体流体动力学,因此它通常被视为连续介质力学。另请参阅粒状材料.

  • 玻璃科学---任何非晶体材料,包括无机玻璃、玻璃金属和非氧化物玻璃。

构成材料科学基础的主题

非学术材料设施清单

期刊销售

参考文献

另请参见