材料科学

外殼是多種材料工程的產物,可以承受回返大氣層時1,500度的高溫。]]
材料科學(),涉及物質的性質及其在各個科學和工程學領域的整合應用,是一個研究材料的製備或加工工藝、材料的微觀結構與材料宏觀性能三者之間的相互關係的跨領域學科。涉及的理論包括固體物理學、材料化學、應用物理和應用化學,以及化學工程、機械工程、電機工程、電子工程、土木工程和建築工程。與機械結合則衍生出機械材料,與電子結合則衍生出電子材料,與土木建築結合則衍生出結構材料,與生物學結合則衍生出生物材料等等。隨著近年來媒體將注意力大量集中在纳米科學上,材料科學在科學與工程學領域越來越廣為人知。它也是鑑識科學和破壞分析中的一個重要組成部分,以後者為例,它是分析各種飛航意外的關鍵。今日許多科技上的問題受限於材料能夠容許的極限,也因此,在此領域的突破在未來科技具有指標性的影響。材料科學有著廣泛的應用前景。

簡史
在各時代上材料的選擇往往決定了該時代的發展,像是石器時代、青銅器時代、鐵器時代和工業革命就是明顯的例子。材料科學是最古老的應用科學及工程學之一,起初被引導來自陶瓷的加工和冶金學的延伸。現代材料科學演進來自於冶金學。在十九世紀晚期一位美國科學家約西亞·吉布斯發現材料在不同相態之間的熱力學性質,使得在理解材料性質上有重大性的突破。材料科學與其他領域的合作發展革命性科技,像是塑膠、半導體和生物材料。

在1960年代前,許多材料科學系都被稱為礦冶系。1960後當時美國高等研究計劃署(Advanced Research Projects Agency),現為國防高等研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency),為了材料科學的基礎研究以及訓練的國家計劃(“to expand the national program of basic research and training in the materials science”)在1960年代創立一系列大學實驗室,建立了材料科學。此領域包含陶瓷材料、聚合物、半導體、磁性材料、生物材料、奈米材料。

材料科學理論

  • 物理冶金學
  • 晶體學
  • 固體物理學
  • 材料化學(固體化學)
  • 材料應用力學
  • 材料靜力學
  • 材料動力學
  • 材料力學
  • 材料熱流學
  • 材料熱力學
  • 材料流體力學
  • 材料計算科學

材料的分類

  • 基本材料分类

** 木材
** 金屬材料
** 陶瓷材料
** 玻璃材料
** 高分子材料
** 複合材料
** 半導體材料

  • 按化學狀態分類

** 木材
** 金屬材料
** 無極非金屬材料
*** 陶瓷材料
** 有機材料
*** 高分子材料

  • 按物理性質分類

** 高強度材料
** 耐高温材料
** 超硬材料
** 導電材料
** 絕緣材料
** 磁性材料
** 透光材料
** 半導體材料

  • 按狀態分類

** 單晶材料
** 多晶質材料
** 非晶態材料
** 准晶態材料

  • 按物理效應分類

** 鐵電材料
** 壓電材料
** 熱電材料
** 電磁材料
** 雷射材料

  • 按用途分類

** 土木材料
** 建築材料
** 結構材料
** 研磨材料
** 耐火材料
** 耐酸材料
** 水工材料、配管材料
** 機械材料
** 電機材料
** 電子材料
** 電工材料、配線材料
** 光學材料
** 感光材料
** 包裝材料

  • 按組成分類

** 單組分材料
** 複合材料

材料工程技術

  • 金屬材料成形

** 機械加工
** 非傳統加工

  • 熱處理

** 熱加工

  • 陶瓷冶金
  • 陶瓷工程
  • 粉末冶金
  • 薄膜生長技術
  • 表面處理技術

** 表面改性技術
** 表面涂覆技術

材料的應用

  • 結構材料
  • 資訊材料

** 儲存材料
** 半導體材料

  • 機械材料
  • 電機材料
  • 電子材料
  • 航行材料
  • 航空材料
  • 航海材料
  • 土木材料
  • 建築材料
  • 能源材料
  • 生物材料
  • 環境材料
  • 儲能材料和含能材料

参見

  • 纳米材料

参考文献

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