什么是材料科學
編輯材料科學的跨學科領域,通常也稱為材料科學與工程,是新材料(尤其是固體)的設計和發現。材料科學的知識淵源始于啟蒙運動,當時研究人員開始使用化學,物理和工程學的分析思維來理解冶金學和礦物學中古老的現象學觀察。材料科學仍然結合了物理、化學和工程學的元素。因此,該領域長期以來被學術機構視為這些相關領域的子領域。從1940年xxx始,材料科學開始被廣泛認為是科學和工程學的一個獨特領域,世界各地的主要技術大學都為研究它創建了專門的學校。
材料科學是將冶金學、陶瓷、固態物理學和化學相結合的融合學科。這是融合而不是分裂產生的新學科的xxx個例子。
人類目前面臨的許多最緊迫的科學問題是由于可用材料及其使用方法的局限性。因此,材料科學的突破可能會極大地影響技術的未來。
材料科學家強調了解材料的歷史(其加工過程)如何影響其結構,從而影響材料的特性和性能。對處理-結構-屬性關系的理解稱為§材料范式。該范例用于增進對各種研究領域的理解,包括納米技術,生物材料和冶金學。材料科學也是法醫工程和故障分析的重要組成部分?–研究材料,產品,結構或組件失效或無法正常運行,導致人身傷害或財產損失。此類調查是了解例如各種航空事故和事故征候原因的關鍵。
在研究中
材料科學是一個非常活躍的研究領域。與材料科學系,物理,化學和許多工程系一起參與了材料研究。材料研究涵蓋了廣泛的主題–以下非詳盡清單重點介紹了一些重要的研究領域。
納米材料
納米材料原則上描述的是單個單元的尺寸(至少一維)在1至1000納米(10?-9米)之間但通常為1-100 nm的材料。
納米材料研究采用了基于材料科學的方法來研究納米技術,利用了支持微細加工研究的材料計量學和合成技術的進步。具有納米級結構的材料通常具有獨特的光學,電子或機械性能。
像傳統的化學領域一樣,納米材料的領域被松散地組織為有機(碳基)納米材料,例如富勒烯,以及基于其他元素的無機納米材料,例如硅。納米材料的例子包括富勒烯、碳納米管、納米晶體等。
生物材料
生物材料是與生物系統相互作用的任何物質,表面或構造。生物材料的研究被稱為生物材料科學。在其歷史上,它經歷了穩定而強勁的增長,許多公司投入大量資金開發新產品。生物材料科學涵蓋醫學、生物學、化學、組織工程和材料科學的元素。
生物材料可以來自自然界,也可以在實驗室中使用多種化學方法使用金屬成分,聚合物,生物陶瓷或復合材料合成。它們通常旨在或適用于醫學應用,例如執行,增強或替代自然功能的生物醫學設備。此類功能可能是良性的,例如用于心臟瓣膜,或者可能具有更具交互作用的功能(例如羥基磷灰石涂層的髖關節植入物)具有生物活性。生物材料還每天用于牙科應用,外科手術和藥物輸送。例如,可以將具有浸漬藥物產品的構建體放入體內,這允許在延長的時間段內延長藥物的釋放。生物材料也可以是用作器官移植材料的自體移植,同種異體移植或異種移植。
電子的、光學的、磁性的
如今,半導體、金屬和陶瓷被用于形成高度復雜的系統,例如集成電路、光電子器件以及磁和光大容量存儲介質。這些材料構成了我們現代計算機世界的基礎,因此對這些材料的研究至關重要。
半導體是這些類型材料的傳統示例。它們是具有介于導體和絕緣體之間的特性的材料。它們的電導率對雜質濃度非常敏感,這允許使用摻雜來實現所需的電子性能。因此,半導體構成了傳統計算機的基礎。
該領域還包括新的研究領域,例如超導材料、自旋電子學、超材料等。這些材料的研究涉及材料科學和固態物理學或凝聚態物理學的知識。
與其他領域的關系
編輯材料科學的發展始于1950年代,因為人們認識到要創建,發現和設計新材料,必須以統一的方式進行研究。因此,材料科學與工程以多種方式出現:重命名和/或合并現有的冶金和陶瓷工程部門;從現有的固態物理學研究中分離出來(自身已經發展為凝聚態物理);引進較新的聚合物工程和聚合物科學?;?與以前的化學、化學工程、機械工程以及電氣工程 。
該領域本質上是跨學科的,材料科學家/工程師必須了解并利用物理學家,化學家和工程師的方法。因此,該字段與這些字段保持緊密的關系。同樣,許多物理學家、化學家和工程師也發現自己從事材料科學。
從科學的角度以及從工程的角度來看,材料科學和工程領域都是重要的。當發現新材料時,人們會遇到以前從未發現過的新現象。因此,在處理材料時會發現許多科學。材料科學還為凝聚態物理理論提供了測試。
材料對于工程師而言至關重要,因為在設計系統時,適當材料的使用至關重要。結果,材料科學已成為工程師教育中越來越重要的一部分。
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