Znanost o materijalima

Znanost o materijalima , proučavanje svojstava čvrstih materijala i kako ta svojstva određuje materijal sastav i strukturu. Izrasla je iz amalgama čvrstog stanja fizika , metalurgija i kemija , budući da se bogata raznolikost svojstava materijala ne može razumjeti unutar kontekst bilo koje pojedine klasike disciplina . Uz osnovno razumijevanje podrijetla svojstava, materijali se mogu odabrati ili dizajnirati za najrazličitije primjene, od strukturnih čelika do računalnih mikročipova. Znanost o materijalima stoga je važna za inženjerske djelatnosti poput elektronike, zrakoplovstva, telekomunikacija, obrada informacija , nuklearna energija i pretvorba energije.

Ovaj članak predmetu znanosti o materijalima pristupa kroz pet glavnih područja primjene: energija, kopneni prijevoz, zrakoplovna industrija, računala i komunikacije te medicina. Rasprave su usredotočene na temeljne zahtjeve svakog područja primjene i na sposobnosti različitih materijala da udovolje tim zahtjevima.



koji je zakon očuvanja energije?

Mnogi materijali koji se proučavaju i primjenjuju u znanosti o materijalima obično se dijele u četiri kategorije: metali, polimeri, poluvodiči i keramika. Izvori, obrada i izrada tih materijala opširno su objašnjeni u nekoliko članaka: metalurgija; elastomer (prirodna i sintetička guma); plastika; umjetna vlakna; te industrijsko staklo i keramika. O atomskim i molekularnim strukturama raspravlja se u kemijskim elementima i materija . Prijave obuhvaćene ovim člankom široko pokrivaju pretvorba energije , prijevoz, elektronika , i lijek.



Materijali za energiju

Industrijski napredno društvo koristi energiju i materijale u velikim količinama. Prijevoz, grijanje i hlađenje, industrijski procesi, komunikacije - zapravo sve fizičke karakteristike suvremenog života - ovise o protoku i transformaciji energije i materijala kroz tehno-ekonomski sustav. Ta su se dva toka nerazdvojno ispreplela i tvore životnu snagu industrijskog društva. Odnos znanosti o materijalima prema potrošnji energije je prožimajući i složen. U svakoj fazi proizvodnje, distribucije, pretvorbe i korištenja energije materijali igraju bitnu ulogu i često su potrebna posebna svojstva materijala. Izniman rast u razumijevanju svojstava i struktura materijala omogućuje razvoj novih materijala, kao i poboljšanja starih, na znanstvenoj osnovi, što doprinosi većoj učinkovitost i niži troškovi.

odakle je lansiran Apollo 13

Klasifikacija materijala povezanih s energijom

Energetski materijali mogu se klasificirati na razne načine. Na primjer, mogu se podijeliti na pasivne ili aktivne materijale. Oni iz pasivne skupine ne sudjeluju u stvarnom procesu pretvorbe energije, već djeluju kao spremnici, alati ili strukture kao što su reaktorske posude, cjevovodi, lopatice turbina ili bušilice za ulje. Aktivni materijali su oni koji izravno sudjeluju u pretvorbi energije - poput solarnih ćelija, baterija, katalizatori i superprovodljivi magneti.



Drugi način klasifikacije energetskih materijala je njihova upotreba u konvencionalnim, naprednim i mogućim budućim energetskim sustavima. U konvencionalnim energetskim sustavima kao što su fosilna goriva, hidroelektrična energija i nuklearni reaktori, problemi s materijalima dobro se razumiju i obično su povezani sa strukturnim mehaničkim svojstvima ili dugotrajnim kemijskim učincima kao što je korozija. Napredni energetski sustavi su u fazi razvoja i u stvarnoj su upotrebi na ograničenim tržištima. To uključuje ulje iz škriljevca i katranskog pijeska, uplinjavanje i ukapljivanje ugljena, fotonaponski sustavi, geotermalna energija , i snaga vjetra . Mogući energetski sustavi u budućnosti još nisu komercijalni raspoređeni u bilo kojoj značajnoj mjeri i zahtijevaju mnogo više istraživanja prije nego što se mogu upotrijebiti. To uključuje vodikovo gorivo i reaktore za brzo uzgajanje, pretvorbu biomase i superprovodne magnete za pohranu električne energije.

Razvrstavanje energetskih materijala kao pasivnih ili aktivnih ili u odnosu na konvencionalne, napredne ili buduće energetske sustave korisno je jer pruža sliku prirode i stupnja hitnosti povezanih zahtjeva za materijalima. Ali najviše osvjetljavajući Okvir za razumijevanje odnosa energije prema materijalima je u svojstvima materijala koja su bitna za različite energetske primjene. Zbog svoje širine i raznolikosti takav okvir najbolje pokazuju primjeri. Na primjer, u rafiniranju nafte, reakcijske posude moraju imati određena mehanička i toplinska svojstva, ali je kataliza presudan postupak.

Primjena materijala povezanih s energijom