علم المواد

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 28 صور
الموسوعة الحرة
مكعب ثماني السطوح من الماس يظهر سبعة مستويات بلورية ، تم تصويره باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح
ستة فئات من المواد الهندسية التقليدية.
ستة فئات من المواد الهندسية التقليدية

علم المواد هو مجال متعدد التخصصات للبحث واكتشاف المواد . هندسة المواد هي مجال هندسي لإيجاد استخدامات للمواد في مجالات وصناعات أخرى.

تنبع الأصول الفكرية لعلم المواد من عصر التنوير ، عندما بدأ الباحثون في استخدام التفكير التحليلي من الكيمياء والفيزياء والهندسة لفهم الملاحظات الظاهراتية القديمة في علم المعادن وعلم المعادن . [1] [2] لا يزال علم المواد يشتمل على عناصر من الفيزياء والكيمياء والهندسة. وعلى هذا النحو، اعتبرت المؤسسات الأكاديمية هذا المجال لفترة طويلة مجالًا فرعيًا لهذه المجالات ذات الصلة. بدءًا من أربعينيات القرن العشرين، بدأ علم المواد يحظى بالاعتراف على نطاق واسع كمجال محدد ومميز من العلوم والهندسة، وأنشأت الجامعات التقنية الكبرى في جميع أنحاء العالم مدارس مخصصة لدراسته.

يؤكد علماء المواد على فهم كيفية تأثير تاريخ المادة ( المعالجة ) على بنيتها، وبالتالي خصائص المادة وأدائها. يُطلق على فهم العلاقات بين المعالجة والبنية والخصائص نموذج المواد. يُستخدم هذا النموذج لتعزيز الفهم في مجموعة متنوعة من مجالات البحث، بما في ذلك تكنولوجيا النانو والمواد الحيوية وعلم المعادن .

كما أن علم المواد يشكل جزءًا مهمًا من الهندسة الجنائية وتحليل الأعطال  - التحقيق في المواد أو المنتجات أو الهياكل أو المكونات التي تفشل أو لا تعمل كما هو مقصود، مما يتسبب في إصابة الأشخاص أو إتلاف الممتلكات. مثل هذه التحقيقات هي المفتاح لفهم، على سبيل المثال، أسباب حوادث الطيران المختلفة .

تاريخ

سيف أو نصل خنجر من العصر البرونزي المتأخر

غالبًا ما تكون المادة المختارة لعصر معين نقطة حاسمة. تعد المراحل مثل العصر الحجري والعصر البرونزي والعصر الحديدي وعصر الصلب أمثلة تاريخية وإن كانت تعسفية. ينبع علم المواد في الأصل من تصنيع السيراميك ومشتقاته المفترضة، وهو أحد أقدم أشكال الهندسة والعلوم التطبيقية. [3] تطور علم المواد الحديث مباشرة من علم المعادن ، والذي تطور بدوره من استخدام النار. حدث تقدم كبير في فهم المواد في أواخر القرن التاسع عشر، عندما أثبت العالم الأمريكي جوشيا ويلارد جيبس ​​أن الخصائص الديناميكية الحرارية المتعلقة بالبنية الذرية في مراحل مختلفة مرتبطة بالخصائص الفيزيائية للمادة. [4] كانت العناصر المهمة في علم المواد الحديث نتاجًا لسباق الفضاء ؛ فهم وهندسة السبائك المعدنية ، ومواد السيليكا والكربون ، المستخدمة في بناء المركبات الفضائية التي تمكن من استكشاف الفضاء. لقد كان علم المواد مدفوعًا بتطوير التقنيات الثورية مثل المطاط والبلاستيك وأشباه الموصلات والمواد الحيوية .

قبل ستينيات القرن العشرين (وفي بعض الحالات بعد عقود من الزمان)، كانت العديد من أقسام علوم المواد النهائية عبارة عن أقسام هندسة المعادن أو السيراميك ، مما يعكس التركيز في القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين على المعادن والسيراميك. تم تحفيز نمو علوم المواد في الولايات المتحدة جزئيًا من قبل وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة ، والتي مولت سلسلة من المختبرات التي تستضيفها الجامعات في أوائل الستينيات، "لتوسيع البرنامج الوطني للبحث الأساسي والتدريب في علوم المواد". [5] بالمقارنة مع الهندسة الميكانيكية، ركز مجال علوم المواد الناشئ على معالجة المواد من المستوى الكلي وعلى النهج الذي يتم تصميم المواد على أساس معرفة السلوك على المستوى المجهري. [6] نظرًا للمعرفة الموسعة بالارتباط بين العمليات الذرية والجزيئية بالإضافة إلى الخصائص العامة للمواد، أصبح تصميم المواد يعتمد على خصائص مرغوبة محددة. [6] لقد اتسع مجال علم المواد منذ ذلك الحين ليشمل كل فئة من المواد، بما في ذلك السيراميك والبوليمرات وأشباه الموصلات والمواد المغناطيسية والمواد الحيوية والمواد النانوية ، والتي يتم تصنيفها عمومًا إلى ثلاث مجموعات مميزة: السيراميك والمعادن والبوليمرات. التغيير البارز في علم المواد خلال العقود الأخيرة هو الاستخدام النشط لمحاكاة الكمبيوتر للعثور على مواد جديدة والتنبؤ بالخصائص وفهم الظواهر.

الأساسيات

نموذج المواد ممثل في شكل رباعي السطوح

يتم تعريف المادة على أنها مادة (غالبًا ما تكون صلبة، ولكن يمكن تضمين مراحل مكثفة أخرى) مخصصة للاستخدام في تطبيقات معينة. [7] هناك عدد لا يحصى من المواد من حولنا؛ يمكن العثور عليها في أي شيء من [8] المواد الجديدة والمتقدمة التي يتم تطويرها تشمل المواد النانوية ، والمواد الحيوية ، [9] ومواد الطاقة على سبيل المثال لا الحصر. [10]

يعتمد أساس علم المواد على دراسة التفاعل بين بنية المواد وطرق المعالجة لصنع تلك المواد وخصائص المواد الناتجة. إن التركيبة المعقدة لهذه العناصر تنتج أداءً للمادة في تطبيق معين. تؤثر العديد من السمات عبر العديد من مقاييس الطول على أداء المادة، بدءًا من العناصر الكيميائية المكونة لها وبنيتها الدقيقة والسمات العيانية الناتجة عن المعالجة. جنبًا إلى جنب مع قوانين الديناميكا الحرارية والحركية ، يهدف علماء المواد إلى فهم المواد وتحسينها.

بناء

البنية هي أحد أهم مكونات مجال علم المواد. ينص التعريف الدقيق للمجال على أنه يهتم بالتحقيق في "العلاقات الموجودة بين هياكل وخصائص المواد". [11] يدرس علم المواد بنية المواد من المستوى الذري، وصولاً إلى المستوى الكلي. [3] التوصيف هو الطريقة التي يفحص بها علماء المواد بنية المادة. يتضمن ذلك طرقًا مثل الحيود بالأشعة السينية أو الإلكترونات أو النيوترونات ، وأشكال مختلفة من التحليل الطيفي والتحليل الكيميائي مثل مطيافية رامان ، مطيافية تشتت الطاقة ، الكروماتوغرافيا ، التحليل الحراري ، تحليل المجهر الإلكتروني ، إلخ.

تتم دراسة البنية في المستويات التالية:

البنية الذرية

يتناول البناء الذري ذرات المواد، وكيفية ترتيبها لتكوين الجزيئات والبلورات وما إلى ذلك. وينشأ الكثير من الخصائص الكهربائية والمغناطيسية والكيميائية للمواد من هذا المستوى من البنية. وتُقاس مقاييس الطول بالأنجستروم ( Å ). وتعتبر الروابط الكيميائية والترتيب الذري (علم البلورات) أمرًا أساسيًا لدراسة خصائص وسلوك أي مادة.

الترابط

للحصول على فهم كامل لبنية المادة وكيفية ارتباطها بخصائصها، يجب على عالم المواد دراسة كيفية ترتيب الذرات والأيونات والجزيئات المختلفة وترابطها مع بعضها البعض. يتضمن هذا دراسة واستخدام الكيمياء الكمومية أو فيزياء الكم . تشارك فيزياء الحالة الصلبة وكيمياء الحالة الصلبة والكيمياء الفيزيائية أيضًا في دراسة الترابط والبنية.

علم البلورات
البنية البلورية للبيروفسكايت ذو الصيغة الكيميائية ABX 3 [12]

علم البلورات هو العلم الذي يدرس ترتيب الذرات في المواد الصلبة البلورية. علم البلورات هو أداة مفيدة لعلماء المواد. أحد المفاهيم الأساسية المتعلقة بالبنية البلورية للمادة تشمل الخلية الوحدوية ، وهي أصغر وحدة في الشبكة البلورية (الشبكة الفراغية) التي تتكرر لتكوين البنية البلورية العيانية. تشمل المواد البنيوية الأكثر شيوعًا أنواع الشبكة المتوازية والسداسية. [13] تشمل المواد الجديدة والمتقدمة التي يتم تطويرها المواد النانوية . في البلورات المفردة ، غالبًا ما يكون من السهل رؤية تأثيرات الترتيب البلوري للذرات على المستوى العياني، لأن الأشكال الطبيعية للبلورات تعكس البنية الذرية. علاوة على ذلك، غالبًا ما يتم التحكم في الخصائص الفيزيائية من خلال العيوب البلورية. يعد فهم الهياكل البلورية شرطًا أساسيًا مهمًا لفهم العيوب البلورية . تتكون أمثلة عيوب البلورات من الخلع بما في ذلك الحواف والبراغي والفراغات والخلويات الذاتية والمزيد من العيوب الخطية والمستوية وثلاثية الأبعاد. [14] تشمل المواد الجديدة والمتقدمة التي يتم تطويرها المواد النانوية والمواد الحيوية . [15] في الغالب، لا تحدث المواد على شكل بلورة واحدة، ولكن في شكل متعدد البلورات، كمجموعة من البلورات الصغيرة أو الحبيبات ذات التوجهات المختلفة. ولهذا السبب، تلعب طريقة حيود المسحوق ، التي تستخدم أنماط حيود العينات متعددة البلورات مع عدد كبير من البلورات، دورًا مهمًا في تحديد البنية. تحتوي معظم المواد على بنية بلورية، لكن بعض المواد المهمة لا تظهر بنية بلورية منتظمة. [16] تُظهر البوليمرات درجات متفاوتة من التبلور، والعديد منها غير متبلور تمامًا. الزجاج وبعض السيراميك والعديد من المواد الطبيعية غير متبلورة ، ولا تمتلك أي ترتيب طويل المدى في ترتيباتها الذرية. تجمع دراسة البوليمرات بين عناصر الديناميكا الحرارية الكيميائية والإحصائية لإعطاء أوصاف ترموديناميكية وميكانيكية للخصائص الفيزيائية.

البنية النانوية

البنية النانوية للباكمنسترفوليرين

المواد التي تشكل الذرات والجزيئات مكوناتها على مقياس النانو (أي أنها تشكل هياكل نانوية) تسمى المواد النانوية. تشكل المواد النانوية موضوعًا لبحوث مكثفة في مجتمع علوم المواد بسبب الخصائص الفريدة التي تظهرها.

تتعامل البنية النانوية مع الأشياء والهياكل التي تتراوح في نطاق 1 - 100 نانومتر. [17] في العديد من المواد، تتكتل الذرات أو الجزيئات لتكوين أشياء على مقياس النانو. وهذا يسبب العديد من الخصائص الكهربائية والمغناطيسية والبصرية والميكانيكية المثيرة للاهتمام.

عند وصف النانو هياكل، من الضروري التمييز بين عدد الأبعاد على المقياس النانوي .

تمتلك الأسطح النانوية بعدًا واحدًا على مقياس النانو، أي أن سمك سطح الجسم فقط يتراوح بين 0.1 إلى 100 نانومتر.

تتمتع الأنابيب النانوية ببعدين على مقياس النانو، أي أن قطر الأنبوب يتراوح بين 0.1 إلى 100 نانومتر؛ وقد يكون طوله أكبر من ذلك بكثير.

أخيرًا، تمتلك الجسيمات النانوية الكروية ثلاثة أبعاد على مقياس النانو، أي أن الجسيم يتراوح بين 0.1 و100 نانومتر في كل بُعد مكاني. غالبًا ما يتم استخدام مصطلحي الجسيمات النانوية والجسيمات فائقة الدقة (UFP) بشكل مترادف على الرغم من أن UFP يمكن أن يصل إلى نطاق الميكرومتر. غالبًا ما يتم استخدام مصطلح "البنية النانوية" عند الإشارة إلى التكنولوجيا المغناطيسية. غالبًا ما يطلق على البنية النانوية في علم الأحياء اسم البنية الدقيقة .

البنية الدقيقة

البنية الدقيقة للبيرلايت

يتم تعريف البنية الدقيقة على أنها بنية السطح المُجهز أو الرقاقة الرقيقة من المادة كما يكشف عنها المجهر الذي يزيد تكبيره عن 25 ضعفًا. ويتعامل مع الأشياء من 100 نانومتر إلى بضعة سنتيمترات. يمكن أن تؤثر البنية الدقيقة للمادة (والتي يمكن تصنيفها على نطاق واسع إلى معدنية وبوليمرية وسيراميكية ومركبة) بشدة على الخصائص الفيزيائية مثل القوة والصلابة والليونة والصلابة ومقاومة التآكل وسلوك درجات الحرارة العالية / المنخفضة ومقاومة التآكل وما إلى ذلك. [18] معظم المواد التقليدية (مثل المعادن والسيراميك) ذات بنية دقيقة.

إن تصنيع بلورة مثالية لمادة ما أمر مستحيل من الناحية الفيزيائية. على سبيل المثال، تحتوي أي مادة بلورية على عيوب مثل الرواسب ، وحدود الحبيبات ( علاقة هول-بتش )، والشواغر، والذرات الخلالية أو الذرات البديلة. [19] يكشف التركيب الدقيق للمواد عن هذه العيوب الأكبر، وقد سمح التقدم في المحاكاة بفهم متزايد لكيفية استخدام العيوب لتحسين خصائص المواد.

البنية الكلية

البنية الكبرى هي مظهر المادة على مقياس من ملليمتر إلى متر، وهي بنية المادة كما تُرى بالعين المجردة.

ملكيات

تظهر المواد عددًا لا يحصى من الخصائص، بما في ذلك ما يلي.

إن خصائص المادة تحدد مدى قابليتها للاستخدام وبالتالي تطبيقها الهندسي.

يعالج

تتضمن عملية التركيب والمعالجة إنشاء مادة ذات بنية نانوية دقيقة مرغوبة. لا يمكن استخدام مادة في الصناعة إذا لم يتم تطوير طريقة إنتاج مجدية اقتصاديًا لها. لذلك، فإن تطوير طرق معالجة للمواد تكون فعالة واقتصادية بشكل معقول أمر حيوي لمجال علم المواد. تتطلب المواد المختلفة طرق معالجة أو تركيب مختلفة. على سبيل المثال، حددت معالجة المعادن تاريخيًا عصورًا مثل العصر البرونزي والعصر الحديدي ويتم دراستها تحت فرع علم المواد المسمى علم المعادن الفيزيائي. تُستخدم أيضًا الطرق الكيميائية والفيزيائية لتركيب مواد أخرى مثل البوليمرات والسيراميك وأشباه الموصلات والأغشية الرقيقة . اعتبارًا من أوائل القرن الحادي والعشرين ، يتم تطوير طرق جديدة لتركيب مواد نانوية مثل الجرافين .

الديناميكا الحرارية

رسم تخطيطي للطور لنظام ثنائي يعرض نقطة انصهارية

يهتم علم الديناميكا الحرارية بالحرارة ودرجة الحرارة وعلاقتهما بالطاقة والعمل . وهو يحدد المتغيرات العيانية ، مثل الطاقة الداخلية والإنتروبيا والضغط ، التي تصف جزئيًا جسمًا من المادة أو الإشعاع. وينص على أن سلوك هذه المتغيرات يخضع لقيود عامة مشتركة بين جميع المواد. ويتم التعبير عن هذه القيود العامة في القوانين الأربعة للديناميكا الحرارية. تصف الديناميكا الحرارية السلوك الكلي للجسم، وليس السلوكيات المجهرية للأعداد الكبيرة جدًا من مكوناته المجهرية، مثل الجزيئات. يتم وصف سلوك هذه الجسيمات المجهرية بواسطة الميكانيكا الإحصائية ، وتستمد قوانين الديناميكا الحرارية منها .

تعتبر دراسة الديناميكا الحرارية أساسية لعلم المواد. فهي تشكل الأساس لمعالجة الظواهر العامة في علم المواد والهندسة، بما في ذلك التفاعلات الكيميائية والمغناطيسية والاستقطاب والمرونة. [20] وهي تشرح الأدوات الأساسية مثل مخططات الطور والمفاهيم مثل توازن الطور .

الحركية

الحركية الكيميائية هي دراسة المعدلات التي تتغير بها الأنظمة الخارجة عن التوازن تحت تأثير قوى مختلفة. عند تطبيقها على علم المواد، فإنها تتعامل مع كيفية تغير المادة مع الوقت (تنتقل من حالة عدم التوازن إلى حالة التوازن) بسبب تطبيق مجال معين. إنها توضح بالتفصيل معدل العمليات المختلفة التي تتطور في المواد بما في ذلك الشكل والحجم والتكوين والبنية. الانتشار مهم في دراسة الحركية لأن هذه هي الآلية الأكثر شيوعًا التي تخضع بها المواد للتغيير. [21] الحركية ضرورية في معالجة المواد لأنها، من بين أمور أخرى، توضح بالتفصيل كيف يتغير التركيب الدقيق مع تطبيق الحرارة.

بحث

علم المواد هو مجال بحثي نشط للغاية. جنبًا إلى جنب مع أقسام علم المواد، تشارك الفيزياء والكيمياء والعديد من أقسام الهندسة في أبحاث المواد. يغطي بحث المواد مجموعة واسعة من المواضيع؛ تسلط القائمة غير الشاملة التالية الضوء على بعض مجالات البحث المهمة.

المواد النانوية

صورة مجهر مسح إلكتروني لحزم الأنابيب النانوية الكربونية

تصف المواد النانوية، من حيث المبدأ، المواد التي يبلغ حجم الوحدة الواحدة منها (في بُعد واحد على الأقل) بين 1 و1000 نانومتر (10-9 متر )، ولكنها عادة ما تكون من 1 نانومتر إلى 100 نانومتر. يتخذ بحث المواد النانوية نهجًا قائمًا على علم المواد لتكنولوجيا النانو ، باستخدام التطورات في قياس المواد والتوليف، والتي تم تطويرها لدعم بحث التصنيع الدقيق . غالبًا ما يكون للمواد ذات البنية على مقياس النانو خصائص بصرية أو إلكترونية أو ميكانيكية فريدة. يتم تنظيم مجال المواد النانوية بشكل فضفاض، مثل مجال الكيمياء التقليدي، إلى مواد نانوية عضوية (قائمة على الكربون)، مثل الفوليرين، والمواد النانوية غير العضوية القائمة على عناصر أخرى، مثل السيليكون. تشمل أمثلة المواد النانوية الفوليرينات وأنابيب الكربون النانوية والبلورات النانوية وما إلى ذلك.

المواد الحيوية

عرق اللؤلؤ اللامع داخل صدفة النوتيلوس

المادة الحيوية هي أي مادة أو سطح أو بناء يتفاعل مع الأنظمة البيولوجية . [22] يشمل علم المواد الحيوية عناصر الطب والأحياء والكيمياء وهندسة الأنسجة وعلوم المواد.

يمكن استخلاص المواد الحيوية إما من الطبيعة أو تصنيعها في مختبر باستخدام مجموعة متنوعة من الأساليب الكيميائية باستخدام مكونات معدنية أو بوليمرات أو سيراميك حيوي أو مواد مركبة . غالبًا ما تكون مخصصة أو مُكيفة للتطبيقات الطبية، مثل الأجهزة الطبية الحيوية التي تؤدي وظيفة طبيعية أو تزيدها أو تحل محلها. قد تكون هذه الوظائف حميدة، مثل استخدامها لصمام القلب ، أو قد تكون نشطة بيولوجيًا مع وظيفة أكثر تفاعلية مثل غرسات الورك المطلية بهيدروكسيلاباتيت . تُستخدم المواد الحيوية أيضًا كل يوم في تطبيقات طب الأسنان والجراحة وتوصيل الأدوية. على سبيل المثال، يمكن وضع بنية بها منتجات صيدلانية مشربة في الجسم، مما يسمح بالإطلاق المطول للدواء على مدى فترة زمنية ممتدة. قد تكون المادة الحيوية أيضًا طعمًا ذاتيًا أو طعمًا خيفيًا أو طعمًا غريبًا يستخدم كمواد لزراعة الأعضاء .

الكترونية وبصرية ومغناطيسية

مادة ميتا ذات مؤشر سلبي [23] [24]

تُستخدم أشباه الموصلات والمعادن والسيراميك اليوم لتشكيل أنظمة شديدة التعقيد، مثل الدوائر الإلكترونية المتكاملة والأجهزة البصرية الإلكترونية ووسائط التخزين المغناطيسية والبصرية. تشكل هذه المواد الأساس لعالم الحوسبة الحديث، وبالتالي فإن البحث في هذه المواد له أهمية حيوية.

أشباه الموصلات هي مثال تقليدي لهذه الأنواع من المواد. وهي مواد لها خصائص وسيطة بين الموصلات والعوازل . وموصليتها الكهربائية حساسة للغاية لتركيز الشوائب، مما يسمح باستخدام المنشطات لتحقيق خصائص إلكترونية مرغوبة. وبالتالي، تشكل أشباه الموصلات أساس الكمبيوتر التقليدي .

ويشمل هذا المجال أيضًا مجالات بحثية جديدة مثل المواد الفائقة التوصيل ، والإلكترونيات الدورانية ، والمواد الخارقة ، وما إلى ذلك. وتتضمن دراسة هذه المواد معرفة علم المواد وفيزياء الحالة الصلبة أو فيزياء المادة المكثفة .

علم المواد الحاسوبية

مع الزيادة المستمرة في قوة الحوسبة، أصبح محاكاة سلوك المواد ممكنًا. وهذا يمكّن علماء المواد من فهم السلوك والآليات وتصميم مواد جديدة وشرح خصائص كانت غير مفهومة سابقًا. تركز الجهود المحيطة بهندسة المواد الحاسوبية المتكاملة الآن على الجمع بين الأساليب الحسابية والتجارب لتقليل الوقت والجهد بشكل كبير لتحسين خصائص المواد لتطبيق معين. يتضمن هذا محاكاة المواد في جميع مقاييس الطول، باستخدام طرق مثل نظرية الكثافة الوظيفية ، والديناميكا الجزيئية ، ومونت كارلو ، وديناميكيات الخلع، وحقل الطور ، والعناصر المحدودة ، وغير ذلك الكثير. [25]

صناعة

عبوات المشروبات من جميع أنواع المواد الثلاثة: السيراميك (الزجاج)، والمعادن (الألومنيوم)، والبوليمر (البلاستيك).

يمكن أن تؤدي التطورات الجذرية في المواد إلى إنشاء منتجات جديدة أو حتى صناعات جديدة، ولكن الصناعات المستقرة توظف أيضًا علماء المواد لإجراء تحسينات تدريجية واستكشاف المشكلات المتعلقة بالمواد المستخدمة حاليًا. تشمل التطبيقات الصناعية لعلم المواد تصميم المواد، والمقايضات بين التكلفة والفائدة في الإنتاج الصناعي للمواد، وطرق المعالجة ( الصب ، والدرفلة ، واللحام ، وزرع الأيونات ، ونمو البلورات ، وترسيب الأغشية الرقيقة ، والتلبيد ، ونفخ الزجاج ، وما إلى ذلك)، والطرق التحليلية (طرق التوصيف مثل المجهر الإلكتروني ، والحيود بالأشعة السينية ، والقياس الحراري ، والمجهر النووي (HEFIB) ، والتشتت الخلفي لراذرفورد ، والحيود النيوتروني ، والتشتت بالأشعة السينية بزاوية صغيرة (SAXS)، وما إلى ذلك).

بالإضافة إلى توصيف المواد، يتعامل عالم المواد أو المهندس أيضًا مع استخراج المواد وتحويلها إلى أشكال مفيدة. وبالتالي فإن صب السبائك وطرق الصب واستخراجها في فرن الصهر والاستخلاص بالتحليل الكهربائي كلها جزء من المعرفة المطلوبة لمهندس المواد. غالبًا ما يؤثر وجود أو غياب أو تباين كميات ضئيلة من العناصر والمركبات الثانوية في مادة كبيرة بشكل كبير على الخصائص النهائية للمواد المنتجة. على سبيل المثال، يتم تصنيف الفولاذ على أساس النسب المئوية لوزن الكربون وعناصر السبائك الأخرى التي يحتوي عليها والتي تبلغ 1/10 و1/100. وبالتالي، فإن طرق الاستخلاص والتنقية المستخدمة لاستخراج الحديد في فرن الصهر يمكن أن تؤثر على جودة الفولاذ المنتج.

تُصنف المواد الصلبة عمومًا إلى ثلاثة تصنيفات أساسية: السيراميك والمعادن والبوليمرات. ويستند هذا التصنيف الواسع إلى التركيب التجريبي والبنية الذرية للمواد الصلبة، وتندرج معظم المواد الصلبة ضمن إحدى هذه الفئات العريضة. [26] إن أحد العناصر التي غالبًا ما تُصنع من كل نوع من أنواع هذه المواد هو حاوية المشروبات. وبالتالي، توفر أنواع المواد المستخدمة في حاويات المشروبات مزايا وعيوبًا مختلفة، اعتمادًا على المادة المستخدمة. فالحاويات الخزفية (الزجاجية) شفافة بصريًا، ولا تنفذ إلى مرور ثاني أكسيد الكربون، وغير مكلفة نسبيًا، ويمكن إعادة تدويرها بسهولة، ولكنها أيضًا ثقيلة وتتعرض للكسر بسهولة. أما المعدن (سبائك الألومنيوم) فهو قوي نسبيًا، ويشكل حاجزًا جيدًا لانتشار ثاني أكسيد الكربون، ويمكن إعادة تدويره بسهولة. ومع ذلك، فإن العلب معتمة ومكلفة الإنتاج، ويسهل ثنيها وثقبها. أما البوليمرات (البلاستيك البولي إيثيلين) فهي قوية نسبيًا، ويمكن أن تكون شفافة بصريًا، وغير مكلفة وخفيفة الوزن، ويمكن إعادة تدويرها، ولكنها ليست مقاومة لمرور ثاني أكسيد الكربون مثل الألومنيوم والزجاج.

السيراميك والزجاج

أجزاء محمل السيراميك Si 3 N 4

تطبيق آخر لعلم المواد هو دراسة السيراميك والزجاج ، وعادة ما تكون المواد الأكثر هشاشة ذات أهمية صناعية. تظهر العديد من السيراميك والزجاج رابطة تساهمية أو تساهمية أيونية مع SiO 2 ( السيليكا ) ككتلة بناء أساسية. السيراميك - لا ينبغي الخلط بينه وبين الطين الخام غير المحروق - عادة ما يُرى في شكل بلوري. تحتوي الغالبية العظمى من الزجاج التجاري على أكسيد معدني مدمج مع السيليكا. عند درجات الحرارة العالية المستخدمة في تحضير الزجاج، تكون المادة سائلة لزجة تتصلب إلى حالة غير منظمة عند التبريد. تعد ألواح النوافذ والنظارات أمثلة مهمة. تُستخدم ألياف الزجاج أيضًا في الاتصالات بعيدة المدى والنقل الضوئي. يعد زجاج Corning Gorilla المقاوم للخدش مثالاً معروفًا لتطبيق علم المواد لتحسين خصائص المكونات الشائعة بشكل كبير.

تشتهر السيراميك الهندسية بصلابتها واستقرارها تحت درجات الحرارة العالية والضغط والإجهاد الكهربائي. تصنع الألومينا وكربيد السيليكون وكربيد التنغستن من مسحوق ناعم من مكوناتها في عملية التلدين باستخدام مادة رابطة. توفر عملية الضغط الساخن مادة ذات كثافة أعلى. يمكن للترسيب الكيميائي للبخار وضع طبقة من السيراميك على مادة أخرى. السيرميت عبارة عن جزيئات سيراميك تحتوي على بعض المعادن. تشتق مقاومة التآكل للأدوات من الكربيدات الأسمنتية مع إضافة الطور المعدني للكوبالت والنيكل عادةً لتعديل الخصائص.

يمكن تعزيز السيراميك بشكل كبير للتطبيقات الهندسية باستخدام مبدأ انحراف الشقوق . [27] تتضمن هذه العملية الإضافة الاستراتيجية لجسيمات المرحلة الثانية داخل مصفوفة السيراميك، وتحسين شكلها وحجمها وتوزيعها لتوجيه انتشار الشقوق والتحكم فيه. يعزز هذا النهج من صلابة الكسر، مما يمهد الطريق لإنشاء سيراميك متقدم وعالي الأداء في مختلف الصناعات. [28]

المركبات

خيط كربوني بقطر 6 ميكرومتر (يمتد من أسفل اليسار إلى أعلى اليمين) يجلس فوق شعرة بشرية أكبر بكثير

تطبيق آخر لعلم المواد في الصناعة هو صناعة المواد المركبة . وهي مواد منظمة تتكون من مرحلتين أو أكثر من المراحل العيانية.

تتراوح التطبيقات من العناصر الهيكلية مثل الخرسانة المسلحة بالفولاذ إلى البلاط العازل للحرارة، والذي يلعب دورًا رئيسيًا ومتكاملًا في نظام الحماية الحرارية لمكوك الفضاء التابع لوكالة ناسا ، والذي يستخدم لحماية سطح المكوك من حرارة إعادة الدخول إلى الغلاف الجوي للأرض. أحد الأمثلة على ذلك هو الكربون المقوى بالكربون (RCC)، المادة الرمادية الفاتحة، والتي تتحمل درجات حرارة إعادة الدخول حتى 1510 درجة مئوية (2750 درجة فهرنهايت) وتحمي الحواف الأمامية لجناح مكوك الفضاء وغطاء الأنف. [29] RCC عبارة عن مادة مركبة مغلفة مصنوعة من قماش رايون الجرافيت ومشربة براتينج فينولي . بعد المعالجة عند درجة حرارة عالية في جهاز التعقيم ، يتم معالجة الرقائق بالحرارة لتحويل الراتينج إلى كربون، وتشريبها بكحول الفورفوريل في غرفة التفريغ، ومعالجتها بالحرارة لتحويل كحول الفورفوريل إلى كربون. لتوفير مقاومة الأكسدة لإعادة الاستخدام، يتم تحويل الطبقات الخارجية من RCC إلى كربيد السيليكون .

يمكن رؤية أمثلة أخرى في الأغلفة "البلاستيكية" لأجهزة التلفاز والهواتف المحمولة وما إلى ذلك. عادةً ما تكون هذه الأغلفة البلاستيكية عبارة عن مادة مركبة مكونة من مصفوفة من البلاستيك الحراري مثل أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) حيث تمت إضافة طباشير كربونات الكالسيوم أو التلك أو الألياف الزجاجية أو ألياف الكربون لمزيد من القوة أو الحجم أو التشتت الكهروستاتيكي . يمكن تسمية هذه الإضافات بالألياف المقوية أو المشتتات، اعتمادًا على الغرض منها.

البوليمرات

الوحدة المتكررة للبوليمر البولي بروبلين
تغليف البوليمر البوليسترين الموسع

البوليمرات هي مركبات كيميائية تتكون من عدد كبير من المكونات المتطابقة المرتبطة ببعضها البعض مثل السلاسل. [30] البوليمرات هي المواد الخام (الراتنجات) المستخدمة في صنع ما يسمى عادةً بالبلاستيك والمطاط . البلاستيك والمطاط هما المنتج النهائي، الذي يتم إنشاؤه بعد إضافة بوليمر واحد أو أكثر أو مواد مضافة إلى الراتنج أثناء المعالجة ، والذي يتم تشكيله بعد ذلك في شكل نهائي. تشمل المواد البلاستيكية المستخدمة على نطاق واسع سابقًا وحاليًا البولي إيثيلين والبولي بروبيلين وكلوريد البولي فينيل (PVC) والبوليسترين والنايلون والبوليستر والأكريليك والبولي يوريثين والبولي كربونات . تشمل المطاط المطاط الطبيعي ومطاط ستيرين بوتادين والكلوروبرين ومطاط بوتادين . يتم تصنيف البلاستيك عمومًا على أنه بلاستيك سلعي وتخصصي وهندسي .

يُستخدم كلوريد البولي فينيل (PVC) على نطاق واسع، وهو غير مكلف، وكميات الإنتاج السنوية كبيرة. وهو مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات، من الجلد الصناعي إلى العزل الكهربائي والكابلات والتعبئة والتغليف والحاويات . تصنيعه ومعالجته بسيطان وراسخان. ترجع تنوعات كلوريد البولي فينيل إلى النطاق الواسع من الملدنات والمواد المضافة الأخرى التي يقبلها. [31] يشير مصطلح "المواد المضافة" في علم البوليمر إلى المواد الكيميائية والمركبات المضافة إلى قاعدة البوليمر لتعديل خصائصها المادية.

يعتبر البولي كربونات عادةً من المواد البلاستيكية الهندسية (وتشمل الأمثلة الأخرى PEEK وABS). تُقدَّر هذه المواد البلاستيكية لقوتها الفائقة وخصائصها المادية الخاصة الأخرى. لا تُستخدم عادةً في التطبيقات التي تُستخدَم مرة واحدة، على عكس المواد البلاستيكية التجارية.

المواد البلاستيكية المتخصصة هي مواد ذات خصائص فريدة، مثل القوة العالية للغاية، والتوصيل الكهربائي، والفلورسنت الكهربائي، والاستقرار الحراري العالي، وما إلى ذلك.

لا تعتمد الخطوط الفاصلة بين الأنواع المختلفة من البلاستيك على المادة بل على خصائصها وتطبيقاتها. على سبيل المثال، يعد البولي إيثيلين (PE) بوليمرًا رخيصًا ومنخفض الاحتكاك يستخدم عادةً لصنع أكياس التسوق والقمامة التي تُستعمل لمرة واحدة، ويعتبر من البلاستيك السلعي، في حين يستخدم البولي إيثيلين متوسط ​​الكثافة (MDPE) في أنابيب الغاز والمياه تحت الأرض، وهناك نوع آخر يسمى البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي (UHMWPE) وهو بلاستيك هندسي يستخدم على نطاق واسع كقضبان انزلاق للمعدات الصناعية ومقبس منخفض الاحتكاك في مفاصل الورك المزروعة .

سبائك معدنية

حبل سلكي مصنوع من سبيكة فولاذية

تشكل سبائك الحديد ( الفولاذ ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، الحديد الزهر ، فولاذ الأدوات ، فولاذ السبائك ) النسبة الأكبر من المعادن اليوم سواء من حيث الكمية أو القيمة التجارية.

يعطي الحديد المخلوط بنسب مختلفة من الكربون فولاذًا منخفضًا ومتوسطًا وعالي الكربون . لا تعتبر سبيكة الحديد والكربون فولاذًا إلا إذا كان مستوى الكربون بين 0.01٪ و 2.00٪ بالوزن. بالنسبة للصلب، ترتبط صلابة الفولاذ وقوة الشد بكمية الكربون الموجودة، مع زيادة مستويات الكربون مما يؤدي أيضًا إلى انخفاض اللدونة والصلابة. ومع ذلك، يمكن لعمليات المعالجة الحرارية مثل الإخماد والتلطيف أن تغير هذه الخصائص بشكل كبير. في المقابل، تُظهر بعض السبائك المعدنية خصائص فريدة حيث يظل حجمها وكثافتها دون تغيير عبر مجموعة من درجات الحرارة. [32] يُعرَّف الحديد الزهر بأنه سبيكة حديد وكربون تحتوي على أكثر من 2.00٪، ولكن أقل من 6.67٪ كربون. يُعرَّف الفولاذ المقاوم للصدأ بأنه سبيكة فولاذية عادية تحتوي على أكثر من 10٪ بالوزن من محتوى السبائك من الكروم. يُضاف النيكل والموليبدينوم عادةً أيضًا إلى الفولاذ المقاوم للصدأ .

السبائك المعدنية الهامة الأخرى هي سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والنحاس والمغنيسيوم . عُرفت سبائك النحاس منذ فترة طويلة (منذ العصر البرونزي )، بينما تم تطوير سبائك المعادن الثلاثة الأخرى مؤخرًا نسبيًا. ونظرًا للتفاعل الكيميائي لهذه المعادن، فإن عمليات الاستخلاص الكهربائي المطلوبة لم يتم تطويرها إلا مؤخرًا نسبيًا. كما تُعرف سبائك الألومنيوم والتيتانيوم والمغنيسيوم وتُقدر بنسبها العالية من القوة إلى الوزن، وفي حالة المغنيسيوم، قدرتها على توفير الحماية الكهرومغناطيسية. [33] هذه المواد مثالية للمواقف التي تكون فيها نسب القوة إلى الوزن العالية أكثر أهمية من التكلفة الإجمالية، كما هو الحال في صناعة الطيران وبعض تطبيقات هندسة السيارات.

أشباه الموصلات

أشباه الموصلات هي مادة لها مقاومة بين الموصل والعازل . تعمل الإلكترونيات الحديثة على أشباه الموصلات، وكان للصناعة سوق تقدر قيمته 530 مليار دولار أمريكي في عام 2021. [ 34] يمكن تغيير خصائصها الإلكترونية بشكل كبير من خلال إدخال الشوائب عمدًا في عملية يشار إليها بالتنشيط. تُستخدم مواد أشباه الموصلات في بناء الثنائيات والترانزستورات والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED) والدوائر الكهربائية التناظرية والرقمية ، من بين العديد من استخداماتها. حلت أجهزة أشباه الموصلات محل الأجهزة الحرارية مثل الصمامات المفرغة في معظم التطبيقات. يتم تصنيع أجهزة أشباه الموصلات كأجهزة منفصلة فردية ودوائر متكاملة (ICs)، والتي تتكون من عدد - من بضعة إلى ملايين - من الأجهزة المصنعة والمترابطة على ركيزة أشباه الموصلات واحدة . [35]

من بين جميع أشباه الموصلات المستخدمة اليوم، يشكل السيليكون الجزء الأكبر من حيث الكمية والقيمة التجارية. يستخدم السيليكون أحادي البلورة لإنتاج الرقائق المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات والإلكترونيات . يعد زرنيخيد الغاليوم (GaAs) ثاني أكثر أشباه الموصلات استخدامًا. نظرًا لحركته الإلكترونية الأعلى وسرعة تشبعه مقارنة بالسيليكون، فهو مادة مفضلة لتطبيقات الإلكترونيات عالية السرعة. هذه الخصائص المتفوقة هي أسباب مقنعة لاستخدام دوائر GaAs في الهواتف المحمولة واتصالات الأقمار الصناعية ووصلات الميكروويف من نقطة إلى نقطة وأنظمة الرادار ذات التردد العالي. تشمل مواد أشباه الموصلات الأخرى الجرمانيوم وكربيد السيليكون ونتريد الغاليوم ولها تطبيقات مختلفة.

العلاقة مع المجالات الأخرى

Google Ngram Viewer - رسم تخطيطي يوضح مصطلحات البحث الخاصة بمصطلحات المادة المعقدة (1940–2018). باللون الأخضر: "علم المواد"، والأحمر: " فيزياء المادة المكثفة "، والأزرق: " فيزياء الحالة الصلبة ".

تطور علم المواد، بدءًا من الخمسينيات من القرن العشرين، لأنه كان من المعترف به أنه لإنشاء واكتشاف وتصميم مواد جديدة، يجب على المرء التعامل معها بطريقة موحدة. وبالتالي، ظهر علم المواد والهندسة بطرق عديدة: إعادة تسمية و/أو الجمع بين أقسام هندسة المعادن والسيراميك الموجودة ؛ والانفصال عن أبحاث فيزياء الحالة الصلبة الموجودة (التي تنمو في حد ذاتها إلى فيزياء المادة المكثفة )؛ وجذب هندسة البوليمر وعلم البوليمر الجديدين نسبيًا ؛ وإعادة الجمع من السابق، وكذلك الكيمياء ، والهندسة الكيميائية ، والهندسة الميكانيكية ، والهندسة الكهربائية ؛ والمزيد.

إن مجال علوم وهندسة المواد مهم من المنظور العلمي وكذلك من حيث مجال التطبيقات. وتعتبر المواد ذات أهمية قصوى للمهندسين (أو المجالات التطبيقية الأخرى) لأن استخدام المواد المناسبة أمر بالغ الأهمية عند تصميم الأنظمة. ونتيجة لذلك، أصبح علم المواد جزءًا مهمًا بشكل متزايد من تعليم المهندس.

فيزياء المواد هي استخدام الفيزياء لوصف الخصائص الفيزيائية للمواد. إنها عبارة عن توليفة من العلوم الفيزيائية مثل الكيمياء وميكانيكا المواد الصلبة وفيزياء الحالة الصلبة وعلوم المواد. تعتبر فيزياء المواد جزءًا من فيزياء المادة المكثفة وتطبق مفاهيم المادة المكثفة الأساسية على الوسائط المعقدة متعددة المراحل، بما في ذلك المواد ذات الأهمية التكنولوجية. تشمل المجالات الحالية التي يعمل فيها فيزيائيو المواد المواد الإلكترونية والبصرية والمغناطيسية والمواد والهياكل الجديدة والظواهر الكمومية في المواد وفيزياء عدم التوازن وفيزياء المادة المكثفة اللينة. تعمل الأدوات التجريبية والحسابية الجديدة باستمرار على تحسين كيفية نمذجة أنظمة المواد ودراستها وهي أيضًا مجالات يعمل فيها فيزيائيو المواد.

إن هذا المجال متعدد التخصصات بطبيعته ، ويجب على علماء المواد أو المهندسين أن يكونوا على دراية بأساليب الفيزيائي والكيميائي والمهندس وأن يستفيدوا منها. وعلى العكس من ذلك، يمكن لمجالات مثل علوم الحياة والآثار أن تلهم تطوير مواد وعمليات جديدة، بطرق مستوحاة من علم الأحياء والعصر الحجري القديم . وبالتالي، تظل هناك علاقات وثيقة مع هذه المجالات. وعلى العكس من ذلك، يجد العديد من الفيزيائيين والكيميائيين والمهندسين أنفسهم يعملون في علم المواد بسبب التداخلات الكبيرة بين المجالات.

التقنيات الناشئة

التكنولوجيا الناشئة حالة التقنيات المهمشة المحتملة التطبيقات المحتملة مقالات ذات صلة
هلام هوائي افتراضية، تجارب، انتشار،

الاستخدامات المبكرة [36]

العزل التقليدي والزجاج تحسين العزل، والزجاج العازل إذا كان من الممكن جعله شفافًا، وأكمام لأنابيب النفط، والطيران، والتطبيقات ذات الحرارة العالية والبرودة الشديدة
معدن غير متبلور التجارب كيفلر درع
البوليمرات الموصلة الأبحاث والتجارب والنماذج الأولية الموصلات أسلاك أخف وزنا وأرخص، ومواد مضادة للكهرباء الساكنة، وخلايا شمسية عضوية
تقنية الفيمتو تكنولوجي ، تقنية البيكو تكنولوجي افتراضي الحاضر النووي المواد الجديدة؛ الأسلحة النووية، الطاقة
الفوليرين التجارب، الانتشار الماس الصناعي وأنابيب الكربون النانوية (Buckypaper) مادة قابلة للبرمجة
الجرافين افتراضية، تجارب، انتشار،

الاستخدامات المبكرة [37] [38]

دائرة متكاملة تعتمد على السيليكون المكونات ذات نسبة القوة إلى الوزن الأعلى، والترانزستورات التي تعمل بتردد أعلى، وتكلفة أقل لشاشات العرض في الأجهزة المحمولة، وتخزين الهيدروجين للسيارات التي تعمل بخلايا الوقود، وأنظمة الترشيح، والبطاريات الأطول عمرًا والأسرع شحنًا، وأجهزة الاستشعار لتشخيص الأمراض [39] التطبيقات المحتملة للجرافين
الموصلية الفائقة في درجات الحرارة العالية أنظمة ترشيح الموجات الراديوية والميكروويف في الواجهة الأمامية لجهاز الاستقبال المبرد بالتبريد العميق (CRFE) لمحطات قاعدة الهاتف المحمول؛ النماذج الأولية في الجليد الجاف ؛ التجارب الافتراضية لدرجات الحرارة الأعلى [40] الأسلاك النحاسية والدوائر المتكاملة لأشباه الموصلات موصلات خالية من الفقدان، محامل خالية من الاحتكاك، الرفع المغناطيسي ، بطاريات عالية السعة خالية من الفقدان ، سيارات كهربائية ، دوائر ومعالجات متكاملة خالية من الحرارة
ليتراكون التجارب التي تم استخدامها بالفعل لصنع بوابة أوروبا زجاج بناء ناطحات السحاب والأبراج والمنحوتات مثل بوابة أوروبا
المواد الخارقة افتراضية، تجارب، انتشار [41] البصريات الكلاسيكية المجاهر ، الكاميرات ، التمويه المادي ، أجهزة التمويه
رغوة معدنية البحث والتسويق هياكل المستعمرات الفضائية والمدن العائمة
الهياكل متعددة الوظائف [42] افتراضية، تجارب، بعض النماذج الأولية، عدد قليل من المشاريع التجارية المواد المركبة مجموعة واسعة، على سبيل المثال، مراقبة الصحة الذاتية، والمواد ذاتية الشفاء ، والتحول
المواد النانوية : أنابيب الكربون النانوية افتراضية، تجارب، انتشار،

الاستخدامات المبكرة [43] [44]

الفولاذ الهيكلي والألمنيوم​ مواد أقوى وأخف وزناً، المصعد الفضائي التطبيقات المحتملة لأنابيب الكربون النانوية وألياف الكربون
مادة قابلة للبرمجة افتراضية، تجارب [45] [46] الطلاءات ، المحفزات مجموعة واسعة، على سبيل المثال، الإلكترونيات الطينية ، والبيولوجيا الاصطناعية
النقاط الكمومية البحث والتجارب والنماذج الأولية [47] شاشات الكريستال السائل ، شاشات LED ليزر النقاط الكمومية ، الاستخدام المستقبلي كمادة قابلة للبرمجة في تقنيات العرض (التلفزيون، الإسقاط)، اتصالات البيانات البصرية (نقل البيانات بسرعة عالية)، الطب (مشرط الليزر)
سيليسين افتراضي، بحثي ترانزستورات التأثير الميداني

التخصصات الفرعية

تنبع الفروع الرئيسية لعلم المواد من أربع فئات رئيسية من المواد: السيراميك والمعادن والبوليمرات والمركبات.

هناك أيضًا جهود قابلة للتطبيق على نطاق واسع ومستقلة عن المواد.

وتوجد أيضًا تركيزات واسعة نسبيًا عبر المواد على ظواهر وتقنيات محددة.

الجمعيات المهنية

انظر أيضا

مراجع

الاستشهادات

  1. ^ Eddy, Matthew Daniel (2008). The Language of Mineralogy: John Walker, Chemistry and the Edinburgh Medical School 1750–1800. Ashgate Publishing . مؤرشف من الأصل في 2015-09-03 – عبر Academia.edu.
  2. ^ سميث، سيريل ستانلي (1981). بحث عن البنية . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا . رقم ISBN 978-0262191913.
  3. ^ ab Defonseka, Chris (2020). Polymer Fillers and Stiffening Agents: Applications and Non-traditional Alternatives . Berlin: Walter de Gruyter GmbH & Co KG. p. 31. ISBN 978-3-11-066999-2.
  4. ^ Psillos, Dimitris; Kariotoglou, Petros (2015). Iterative Design of Teaching-Learning Sequences: Introducing the Science of Materials in European Schools . Dordrecht: Springer. ص. 79. ISBN 978-94-007-7807-8.
  5. ^ مارتن، جوزيف د. (2015). "ما الذي يعنيه تغيير الاسم؟ فيزياء الحالة الصلبة، وفيزياء المادة المكثفة، وعلوم المواد" (PDF) . الفيزياء في المنظور . 17 (1): 3-32. رمز Bibcode :2015PhP....17....3M. doi :10.1007/s00016-014-0151-7. S2CID  117809375.
  6. ^ أ ب تشانيل، ديفيد ف. (2017). تاريخ العلوم التقنية: محو الحدود بين العلم والتكنولوجيا . أوكسون: روتليدج. ص. 225. ISBN 978-1-351-97740-1.
  7. ^ "للمؤلفين: مواد الطبيعة" محفوظ في 2010-08-01 على موقع واي باك مشين
  8. ^ كاليستر، الابن، ريثويش. "علم وهندسة المواد – مقدمة" (الطبعة الثامنة). جون وايلي وأولاده، 2009، ص 5-6
  9. ^ كاليستر، الابن ، ريثويش. علم وهندسة المواد – مقدمة (الطبعة الثامنة) المباني والسيارات والمركبات الفضائية. الفئات الرئيسية للمواد هي المعادن وأشباه الموصلات والسيراميك والبوليمرات .. جون وايلي وأولاده ، 2009 ص 10-12
  10. ^ Goodenough, John B.; Kim, Youngsik (2009-08-28). "Challenges for Rechargeable Li Batteries". Chemistry of Materials . 22 (3): 587–603. doi :10.1021/cm901452z. ISSN  0897-4756.
  11. ^ زاجورودني، أندريه أ. (2006). مواد التبادل الأيوني: الخصائص والتطبيقات . أمستردام: إلسفير. ص. الحادي عشر. رقم ISBN 978-0-08-044552-6.
  12. ^ أ. نافروتسكي (1998). "علم الطاقة والنظام الكيميائي البلوري بين هياكل الإلمنيت ونيوبات الليثيوم والبيروفسكايت". مجلة الكيمياء . 10 (10): 2787-2793. doi :10.1021/cm9801901.
  13. ^ كاليستر، الابن، ريثويش. "علم وهندسة المواد – مقدمة" (الطبعة الثامنة) جون وايلي وأولاده، 2009
  14. ^ كاليستر، الابن، ريثويش. "علم وهندسة المواد – مقدمة" (الطبعة الثامنة). جون وايلي وأولاده، 2009
  15. ^ كاليستر، الابن، ريثويش. علوم وهندسة المواد – مقدمة (الطبعة الثامنة).
  16. ^ Gavezzotti, Angelo (1994-10-01). "هل يمكن التنبؤ بالهياكل البلورية؟". Accounts of Chemical Research . 27 (10): 309–314. doi :10.1021/ar00046a004. ISSN  0001-4842.
  17. ^ كريستينا بوزيا؛ إيفان باتشيكو وكيفن روبي (2007). "المواد النانوية والجسيمات النانوية: المصادر والسمية". Biointerphases . 2 (4): MR17–MR71. arXiv : 0801.3280 . doi :10.1116/1.2815690. PMID  20419892. S2CID  35457219. مؤرشف من الأصل في 2012-07-03.
  18. ^ Filip, R; Kubiak, K; Ziaja, W; Sieniawski, J (2003). "تأثير البنية الدقيقة على الخصائص الميكانيكية لسبائك التيتانيوم ثنائية الطور". مجلة تكنولوجيا معالجة المواد . 133 (1-2): 84-89. doi :10.1016/s0924-0136(02)00248-0. ISSN  0924-0136.
  19. ^ "عيوب و عيوب البنية البلورية"، العيوب البلورية: مواضيع رئيسية في علوم وهندسة المواد ، ASM International، ص. 1-12، 2021-10-01، doi :10.31399/asm.tb.ciktmse.t56020001، ISBN 978-1-62708-389-8, S2CID  244023491 , تم الاسترجاع في 2023-10-29
  20. ^ ليو، زي كوي (2020). "الديناميكا الحرارية الحسابية وتطبيقاتها". Acta Materialia . 200 : 745–792. Bibcode :2020AcMat.200..745L. doi : 10.1016/j.actamat.2020.08.008 . ISSN  1359-6454. S2CID  225430517.
  21. ^ كارجر ، يورج. روثفن، دوغلاس م. ثيودورو، دوروس ن. (25/04/2012). الانتشار في المواد النانوية. وايلي. دوى :10.1002/9783527651276. رقم ISBN 978-3-527-31024-1.
  22. ^ مورهاردت، دنكان ر.؛ ماوني، جوشوا ر.؛ استرادا، كارلوس ر. (2019-01-01)، "دور المواد الحيوية في الجراحة"، في ريس، روي ل. (المحرر)، موسوعة هندسة الأنسجة والطب التجديدي ، أكسفورد: أكاديميك بريس، ص. 315-330، doi :10.1016/b978-0-12-801238-3.65845-2، ISBN 978-0-12-813700-0تم الاسترجاع بتاريخ 2024-04-28
  23. ^ Shelby, RA; Smith DR; Shultz S.; Nemat-Nasser SC (2001). "Microwave transmission through a two-dimensional, isotropic, left-handed metamaterial" (PDF) . رسائل الفيزياء التطبيقية . 78 (4): 489. رمز Bibcode :2001ApPhL..78..489S. doi :10.1063/1.1343489. مؤرشف من الأصل (PDF) في 18 يونيو 2010.
  24. ^ سميث، د.ر. باديا، دبليو. جيه. فيير، د. سي. نيمات-ناصر، إس. سي. شولتز، إس. (2000). "وسط مركب ذو نفاذية ونفاذية سالبة في نفس الوقت". رسائل المراجعة الفيزيائية . 84 (18): 4184–7. رمز Bibcode : 2000PhRvL..84.4184S. doi : 10.1103/PhysRevLett.84.4184 . PMID  10990641.
  25. ^ شميدت، جوناثان؛ ماركيز، ماريو آر جي؛ بوتي، سيلفانا؛ ماركيز، ميغيل إيه إل (2019-08-08). "التطورات والتطبيقات الحديثة للتعلم الآلي في علم المواد ذات الحالة الصلبة". npj Computational Materials . 5 (1): 83. Bibcode :2019npjCM...5...83S. doi : 10.1038/s41524-019-0221-0 . ISSN  2057-3960. S2CID  199492241.
  26. ^ كاليستر، ويليام د.؛ ريثويش، ديفيد ج. (2018). علم وهندسة المواد مقدمة (الطبعة العاشرة). هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي وأولاده. ص. 12. ISBN 9780470419977.
  27. ^ فابر، كيه تي؛ إيفانز، إيه جي (1983-04-01). "عمليات انحراف الشقوق - النظرية الأولى". أكتا ميتالورجيكا . 31 (4): 565-576. doi :10.1016/0001-6160(83)90046-9. ISSN  0001-6160.
  28. ^ Faber, KT; Evans, AG (1983-04-01). "Crack deflection processes—II. Experiment". Acta Metallurgica . 31 (4): 577–584. doi :10.1016/0001-6160(83)90047-0. ISSN  0001-6160.
  29. ^ Green, D. (2005). "فوائد IPV6 للمقاتلين". MILCOM 2005 – 2005 IEEE Military Communications Conference . IEEE. ص. 1–6. doi :10.1109/milcom.2005.1606007. ISBN 0-7803-9393-7. S2CID  31152759.
  30. ^ "مُفسِّر: ما هي البوليمرات؟". 2017-10-13 . تم الاسترجاع 2024-05-02 .
  31. ^ برنارد، ل.؛ كويف، ر.؛ بريسي، س.؛ ديكودين، ب.؛ ساوتو، ف. (2015-05-15). "قابلية انتقال ملينات البولي فينيل كلوريد من الأجهزة الطبية إلى محاكيات المحاليل المنقوعة". المجلة الدولية للصيدلة . 485 (1): 341-347. doi :10.1016/j.ijpharm.2015.03.030. ISSN  0378-5173. PMID  25796128.
  32. ^ Lohaus, SH; Heine, M.; Guzman, P.; Bernal-Choban, CM; Saunders, CN; Shen, G.; Hellman, O.; Broido, D.; Fultz, B. (2023-07-27). "تفسير ترموديناميكي لتأثير إنفار". فيزياء الطبيعة . 19 (11): 1642–1648. رمز Bibcode :2023NatPh..19.1642L. doi :10.1038/s41567-023-02142-z. ISSN  1745-2481. S2CID  260266502.
  33. ^ تشن، شيانهوا؛ ليو، ليزي؛ ليو، خوان؛ بان، فوشينغ (2015). "البنية الدقيقة وفعالية الحماية الكهرومغناطيسية والخصائص الميكانيكية لسبائك المغنيسيوم والزنك واليود والزركونيوم". المواد والتصميم . 65 : 360-369. doi :10.1016/j.matdes.2014.09.034. ISSN  0261-3069.
  34. ^ "تحليل حجم سوق أشباه الموصلات والحصة وتأثير كوفيد-19، حسب المكون (أجهزة الذاكرة، الأجهزة المنطقية، الدوائر المتكاملة التناظرية، وحدة المعالجة الدقيقة، أجهزة الطاقة المنفصلة، ​​وحدة التحكم الدقيقة، أجهزة الاستشعار، وغيرها)، حسب التطبيق (الشبكات والاتصالات، معالجة البيانات، الصناعة، الإلكترونيات الاستهلاكية، السيارات، والحكومة)، والتوقعات الإقليمية، 2022-2029". Fortune Business Insights . 16 يوليو 2023. مؤرشف من الأصل في 11 يونيو 2023 . تم الاسترجاع 16 يوليو 2023 .
  35. ^ "وظائف صناعة أشباه الموصلات". 2013-09-06. مؤرشف من الأصل في 2016-06-04 . تم الاسترجاع 2016-05-15 .
  36. ^ "Sto AG, Cabot Create Aerogel Insulation". Construction Digital. 15 نوفمبر 2011. مؤرشف من الأصل في 31 ديسمبر 2011. تم الاسترجاع في 18 نوفمبر 2011 .
  37. ^ "هل الجرافين مادة معجزة؟". BBC Click. 21 مايو 2011. تم الاسترجاع في 18 نوفمبر 2011 .
  38. ^ "هل يمكن أن يكون الجرافين السيليكون الجديد؟". The Guardian . 13 نوفمبر 2011. مؤرشف من الأصل في 2 سبتمبر 2013. تم الاسترجاع 18 نوفمبر 2011 .
  39. ^ "تطبيقات الجرافين قيد التطوير". understandingnano.com. مؤرشف من الأصل في 2014-09-21.
  40. ^ "العصر الجديد للمواد الفائقة". بي بي سي نيوز . 5 مارس 2007. تم استرجاعه في 27 أبريل 2011 .
  41. ^ "خطوات واسعة في مجال المواد، ولكن لا يوجد غطاء للإخفاء". نيويورك تايمز . 8 نوفمبر 2010. مؤرشف من الأصل في 1 يوليو 2017. تم استرجاعه في 21 أبريل 2011 .
  42. ^ موقع NAE: Frontiers of Engineering Archived 2014-07-28 at the Wayback Machine . Nae.edu. Retrieved 22 February 2011.
  43. ^ "أنابيب الكربون النانوية المستخدمة في صنع البطاريات من الأقمشة". بي بي سي نيوز . 21 يناير 2010. تم استرجاعه في 27 أبريل 2011 .
  44. ^ "الباحثون يقتربون خطوة واحدة من بناء دماغ اصطناعي". Daily Tech. 25 أبريل 2011. مؤرشف من الأصل في 29 أبريل 2011. تم الاسترجاع في 27 أبريل 2011 .
  45. ^ "البنتاغون يطور "متحولات" متغيرة الشكل لساحة المعركة". فوكس نيوز. 10 يونيو 2009. مؤرشف من الأصل في 5 فبراير 2011. تم الاسترجاع 26 أبريل 2011 .
  46. ^ "إنتل: المادة القابلة للبرمجة تأخذ شكلها". ZD Net. 22 أغسطس 2008. تم الاسترجاع في 2 يناير 2012 .
  47. ^ "'النقاط الكمومية' لتعزيز أداء كاميرات الهاتف المحمول". بي بي سي نيوز . 22 مارس 2010. تم الاسترجاع في 16 أبريل 2011 .

فهرس

  • أشبي، مايكل؛ هيو شيركليف؛ ديفيد سيبون (2007). المواد: الهندسة، والعلوم، والمعالجة والتصميم (الطبعة الأولى). باتروورث-هاينمان. رقم ISBN 978-0-7506-8391-3.
  • Askeland, Donald R.; Pradeep P. Phulé (2005). The Science & Engineering of Materials (الطبعة الخامسة). Thomson-Engineering. ISBN 978-0-534-55396-8.
  • كاليستر، الابن، ويليام د. (2000). علم وهندسة المواد – مقدمة (الطبعة الخامسة). جون وايلي وأولاده. رقم ISBN 978-0-471-32013-5.
  • إيبرهارت، مارك (2003). لماذا تنكسر الأشياء: فهم العالم من خلال الطريقة التي يتفكك بها . هارموني. رقم ISBN 978-1-4000-4760-4.
  • Gaskell, David R. (1995). Introduction to the Thermodynamics of Materials (4th ed.). Taylor and Francis Publishing. ISBN 978-1-56032-992-3.
  • جونزاليس فيناس، دبليو. ومانشيني، إتش إل (2004). مقدمة في علم المواد . مطبعة جامعة برينستون. رقم ISBN 978-0-691-07097-1.
  • جوردون، جيمس إدوارد (1984). العلم الجديد للمواد القوية أو لماذا لا تسقط من على الأرض (طبعة إلكترونية). مطبعة جامعة برينستون. رقم ISBN 978-0-691-02380-9.
  • ماثيوز، إف إل ورولينغز، آر دي (1999). المواد المركبة: الهندسة والعلوم . بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-0621-1.
  • لويس، بي آر؛ رينولدز، كيه. وجاج، سي. (2003). هندسة المواد الجنائية: دراسات حالة . بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 9780849311826.
  • Wachtman, John B. (1996). Mechanical Properties of Ceramics . نيويورك: Wiley-Interscience, John Wiley & Son's. ISBN 978-0-471-13316-2.
  • ووكر، ب.، محرر (1993). قاموس تشامبرز لعلوم وتكنولوجيا المواد . دار تشامبرز للنشر. رقم ISBN 978-0-550-13249-9.
  • ماهاجان، س. (2015). "دور علم المواد في تطور الإلكترونيات الدقيقة". نشرة MRS . 12 (40): 1079-1088. رمز Bibcode : 2015MRSBu..40.1079M. doi : 10.1557/mrs.2015.276 .

قراءة إضافية

  • الجدول الزمني لعلوم المواد في جمعية المعادن والفلزات والمواد (TMS) – تم الوصول إليه في مارس 2007
  • بيرنز، جيه.؛ جلازر، إيه. إم. (1990). مجموعات الفضاء للعلماء والمهندسين (الطبعة الثانية). بوسطن: أكاديميك بريس، إنك. رقم ISBN 978-0-12-145761-7.
  • كوليتي، بي دي (1978). عناصر حيود الأشعة السينية (الطبعة الثانية). ريدنج، ماساتشوستس: شركة أديسون ويسلي للنشر. رقم ISBN 978-0-534-55396-8.
  • جياكوفازو، سي. موناكو إتش إل . فيتربو د . سكورداري ف . جيلي جي . زانوتي جي . كاتي م (1992). أساسيات علم البلورات . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد . رقم ISBN 978-0-19-855578-0.
  • جرين، دي جيه؛ هانينك، ر؛ سوين، إم في (1989). تحويل التقوية للسيراميك . بوكا راتون: مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-6594-2.
  • Lovesey, SW (1984). نظرية تشتت النيوترونات من المادة المكثفة؛ المجلد 1: تشتت النيوترونات . أكسفورد: دار نشر كلارندون. ISBN 978-0-19-852015-3.
  • Lovesey, SW (1984). نظرية تشتت النيوترونات من المادة المكثفة؛ المجلد 2: المادة المكثفة . أكسفورد: دار نشر كلارندون. ISBN 978-0-19-852017-7.
  • أوكيفي، م. هايد، بي جي (1996). “الهياكل البلورية؛ I. الأنماط والتماثل”. Zeitschrift für Kristallographie – المواد البلورية . 212 (12). واشنطن العاصمة: جمعية المعادن الأمريكية، سلسلة الدراسات: 899. بيب كود :1997ZK....212..899K. دوى :10.1524/zkri.1997.212.12.899. رقم ISBN 978-0-939950-40-9.
  • سكويرز، جي إل (1996). مقدمة إلى نظرية التشتت الحراري للنيوترون (الطبعة الثانية). مينولا، نيويورك: شركة دوفر للنشر. رقم ISBN 978-0-486-69447-4.
  • يونغ، را، محرر (1993). طريقة ريتفيلد . أكسفورد: دار نشر جامعة أكسفورد والاتحاد الدولي لعلم البلورات. رقم ISBN 978-0-19-855577-3.
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ علم المواد .
يحتوي موقع ويكيبيديا على كتاب حول موضوع: علم المواد
  • مؤتمر MS&T الذي تنظمه جمعيات المواد الرئيسية
  • MIT OpenCourseWare لـ MSE
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=علم_المواد&oldid=1248661885"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate