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Scienze MM.FF.NN
modificaMaterials science From Wikipedia, the free encyclopedia (Redirected from Material science) Jump to: navigation, search The Materials Science Tetrahedron, which often also includes Characterization at the center Enlarge The Materials Science Tetrahedron, which often also includes Characterization at the center
Materials science is an interdisciplinary field involving the properties of matter and its applications to various areas of science and engineering. It includes elements of applied physics and chemistry, as well as chemical, mechanical, civil and electrical engineering. With significant media attention to nanoscience and nanotechnology in the recent years, materials science has been propelled to the forefront at many universities, sometimes controversially. Contents [hide]
* 1 History
* 2 Fundamentals of Materials Science
* 3 Materials in Industry
* 4 Classes of materials (by bond types)
* 5 Sub-fields of materials science
o 5.1 Topics that form the basis of materials science
o 5.2 A short list of non-academic materials facilities
o 5.3 Journals
* 6 Bibliography
* 7 See also
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History
The choice material of a given era is often its defining point: the stone age, bronze age, and steel age are examples. Materials science is one of the oldest forms of engineering and applied science. Modern materials science evolved directly from metallurgy, which itself evolved from mining. A major breakthrough in the understanding of materials occurred in the late 19th century, when Willard Gibbs demonstrated that thermodynamic properties relating to atomic structure in various phases are related to the physical properties of the material. Important elements of modern materials science are a product of the space race: the understanding and engineering of the metallic alloys and other materials that went into the construction of space vehicles was one of the enablers of space exploration. Materials science has driven, and been driven by, the development of revolutionary technologies such as plastics, semiconductors, and biomaterials.
Before the 1960s (and in some cases decades after), many materials science departments were named metallurgy departments, from a 19th and early 20th century emphasis on metals. The field has since broadened to include every class of materials, including: ceramics, polymers, semiconductors, magnetic materials, and biological materials such as medical implants. [edit]
Fundamentals of Materials Science
In materials science, rather than haphazardly looking for and discovering materials and exploiting their properties, one instead aims to understand materials fundamentally so that new materials with the desired properties can be created.
The basis of all materials science involves relating the desired properties and relative performance of a material in a certain application to the structure of the atoms and phases in that material through characterization. The major determinants of the structure of a material and thus of its properties are its constituent chemical elements and the way in which it has been processed into its final form. These, taken together and related through the laws of thermodynamics, govern the material’s microstructure, and thus its properties.
An old adage in materials science says: "materials are like people; it is the defects that make them interesting". The manufacture of a perfect crystal of a material is physically impossible. Instead materials scientists manipulate the defects in crystalline materials such as precipitates, grain boundaries (Hall-Petch relationship), interstitial atoms, vacancies or substitutional atoms, creating a material with the desired properties.
Not all materials have a regular crystal structure. Polymers display varying degrees of crystallinity. Glasses, some ceramics, and many natural materials are amorphous, not possessing any long-range order in their atomic arrangements. These materials are much harder to engineer than crystalline materials. Polymers are a mixed case, and their study commonly combines elements of chemical and statistical thermodynamics to give thermodynamical, rather than mechanical descriptions of physical properties. [edit]
Materials in Industry
Radical materials advances can drive the creation of new products or even new industries, but stable industries also employ materials scientists to make incremental improvements and troubleshoot issues with currently used materials. Industrial applications of materials science include materials design, cost-benefit tradeoffs in industrial production of materials, processing techniques (casting, rolling, welding, ion implantation, crystal growth, thin-film deposition, sintering, glassblowing, etc.), and analytical techniques (characterization techniques such as electron microscopy, x-ray diffraction, calorimetry, nuclear microscopy (HEFIB), Rutherford backscattering, neutron diffraction, etc.).
The overlap between physics and materials science has led to the offshoot field of materials physics, which is concerned with the physical properties of materials. The approach is generally more macroscopic and applied than in condensed matter physics. See the important publications in materials physics for more details on this field of study. [edit]
Classes of materials (by bond types)
Materials science encompasses various classes of materials, each of which may constitute a separate field. Materials are sometimes classified by the type of bonding present between the atoms:
1. Ionic crystals 2. Covalent crystals 3. Metals 4. Intermetallics 5. Semiconductors 6. Polymers 7. Composite materials 8. Vitreous materials
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Sub-fields of materials science
* Nanotechnology --- rigorously, the study of materials where the effects of quantum confinement, the Gibbs-Thomson effect, or any other effect only present at the nanoscale is the defining property of the material; but more commonly, it is the creation and study of materials whose defining structural properties are anywhere from less than a nanometer to one hundred nanometers in scale, such as molecularly engineered materials. * Crystallography --- the study of how atoms in a solid fill space, the defects associated with crystal structures such as grain boundaries and dislocations, and the characterization of these structures and their relation to physical properties. * Materials Characterization --- such as diffraction with x-rays, electrons, or neutrons, and various forms of spectroscopy and chemical analysis such as Raman spectroscopy, energy-dispersive spectroscopy (EDS), chromatography, thermogravimetric analysis, electron microscope analysis, etc., in order to understand and define the properties of materials. See also List of surface analysis methods * Metallurgy --- the study of metals and their alloys, including their extraction, microstructure and processing. * Biomaterials --- materials that can be used in the human body. * Electronic and magnetic materials --- materials such as semiconductors used to create integrated circuits, storage media, sensors, and other devices. * Tribology --- the study of the wear of materials due to friction and other factors. * Surface science --- interactions and structures between solid-gas solid-liquid or solid-solid interfaces. * Ceramics and refractories --- high temperature materials including structural ceramics such as RCC, polycrystalline silicon carbide and transformation toughened ceramics
Some practitioners often consider rheology a sub-field of materials science, because it can cover any material that flows. However, modern rheology typically deals with non-Newtonian fluid dynamics, so it is often considered a sub-field of continuum mechanics. See also granular material.
* Glass Science --- any non-crystalline material including inorganic glasses, vitreous metals and non-oxide glasses.
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Topics that form the basis of materials science
* Thermodynamics, statistical mechanics, kinetics and physical chemistry, for phase stability, transformations (physical and chemical) and diagrams. * Crystallography and chemical bonding, for understanding how atoms in a material are arranged. * Mechanics, to understand the mechanical properties of materials and their structural applications. * Solid-state physics and quantum mechanics, for the understanding of the electronic, thermal, magnetic, chemical, structural and optical properties of materials. * Diffraction and wave mechanics, for the characterization of materials. * Chemistry and polymer science, for the understanding of plastics, colloids, ceramics, liquid crystals, solid state chemistry, and polymers. * Biology, for the integration of materials into biological systems. * Continuum mechanics and statistics, for the study of fluid flows and ensemble systems. * Mechanics of materials, for the study of the relation between the mechanical behavior of materials and their microstructures.
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A short list of non-academic materials facilities
* Government labs
o Argonne National Laboratory
o Lawrence Berkeley National Laboratory
o Lawrence Livermore National Laboratory
o Los Alamos National Laboratory
o Max Planck Institute
o Oak Ridge National Laboratory
* Corporate facilities
o DuPont
o GE Global Research
o IBM Thomas J. Watson Research Center
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Journals
* Acta Materialia * JOM * Advanced Materials * Computational materials science * Advanced Functional Materials * Journal of Materials Chemistry * Journal of Materials Online - Open Access * Metallurgical and Materials Transactions
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Bibliography
* Askeland, Donald R., Pradeep P. Phulé (2005). The Science & Engineering of Materials, 5th edition, Thomson-Engineering. ISBN 0-534-55396-6. * Gaskell, David R. (1995). Introduction to the Thermodynamics of Materials, 4th edition, Taylor and Francis Publishing. ISBN 1-56032-992-0. * Eberhart, Mark (2003). Why Things Break : Understanding the World by the Way It Comes Apart. Harmony. ISBN 1-4000-4760-9. * Gordon, James Edward (1984). The New Science of Strong Materials or Why You Don't Fall Through the Floor, eissue edition, Princeton University Press. ISBN 0-691-02380-8.
Scienza dei materiali da Wikipedia, il salto libero dell'enciclopedia (riorientata da scienza dei materiali) a: la navigazione, cerca il tetraedro di scienza dei materiali, che spesso inoltre include la descrizione al centro ingrandisce il tetraedro di scienza dei materiali, che spesso inoltre include la descrizione alla scienza dei materiali concenta è un campo interdisciplinare che coinvolge le proprietà della materia e delle relative applicazioni ai vari settori scientifici e costruire. Include gli elementi di ingegneria elettrica meccanica, civile ed applicata di fisica e di chimica, così come il prodotto chimico. Con attenzione significativa di mezzi al nanoscience e il nanotechnology durante gli anni recenti, la scienza dei materiali è stata azionata a volte discutibile alla prima linea a molte università. Soddisfare [pellame] * 1 storia * 2 fondamenti di scienza dei materiali * 3 materiali nell'industria * 4 codici categoria dei materiali (dai tipi schiavi) * 5 sottocampi dei soggetti di scienza dei materiali la o 5.1 che formano la base della lista corta di scienza dei materiali la o 5.2 A delle facilità non-academic la o 5.3 dei materiali impernia * bibliografia 6 * 7 vedono che inoltre [pubblicare] la storia il materiale choice di data era è spesso il relativo punto di definizione: l'età di pietra, l'età bronze e l'età d'acciaio sono esempi. La scienza dei materiali è una di più vecchie forme di ingegneria e della scienza applicata. La scienza dei materiali moderna si è evoluta direttamente da metallurgia, che in se ha evoluto dall'estrarre. Un'innovazione importante nella comprensione dei materiali si è presentata nel fine del 19esimo secolo, quando Willard Gibbs ha dimostrato che le proprietà termodinamiche concernenti la struttura atomica in varie fasi sono collegate con le proprietà fisiche del materiale. Gli elementi importanti di scienza dei materiali moderna sono un prodotto della corsa dello spazio: la comprensione e l'ingegneria delle leghe metalliche e di altri materiali che hanno entrato nella costruzione dei veicoli spaziali erano uno dei enablers di esplorazione dello spazio. La scienza dei materiali ha guidato ed ha guidato vicino, lo sviluppo delle tecnologie rivoluzionarie quali la plastica, semiconduttori e materie biologiche. Prima degli anni 60 (ed in alcuni casi delle decadi dopo), molti reparti di scienza dei materiali sono stati chiamati reparti di metallurgia, da una diciannovesima ed inizio del 20esimo enfasi di secolo sui metalli. Il campo da allora ha ampliato per includere ogni codice categoria dei materiali, includente: ceramica, polimeri, semiconduttori, materiali magnetici e materiali biologici quali i implants medici. [pubblicare] i fondamenti di scienza dei materiali nella scienza dei materiali, piuttosto che aleatorio nel ricerca e nella scoperta dei materiali e nello sfruttando le loro proprietà, una preferibilmente mira a capire fondamentalmente i materiali in moda da potere generare i nuovi materiali con le proprietà volute. La base di tutta la scienza dei materiali coinvolge collegare le proprietà volute e le prestazioni relative di un materiale in una determinata applicazione alla struttura degli atomi e delle fasi in quel materiale con la descrizione. I fattori determinanti principali della struttura di un materiale e delle relative proprietà sono così i relativi elementi chimici costituenti ed il modo in quale è stato trasformato in la relativa forma finale. Questi, preso insieme e riferito con le leggi della termodinamica, governano la microstruttura del materiale e così le relative proprietà. Un vecchio adage nella scienza dei materiali dice: “i materiali sono come la gente; è i difetti che li fanno che interessano„. La fabbricazione di cristallo perfetto di un materiale è fisicamente impossibile. Invece gli scienziati dei materiali maneggiano i difetti in materiali cristallini quali i precipitati, i contorni di grano (rapporto del Corridoio-Petch), gli atomi interstiziali, posti vacanti o atomi substitutional, generanti un materiale con le proprietà volute. Non tutti i materiali hanno una struttura di cristallo normale. I polimeri visualizzano i gradi di variazione di cristallinità. I vetri, una certa ceramica e molti materiali naturali sono amorfi, non possedendo alcun ordine a lungo raggio nelle loro disposizioni atomiche. Questi materiali sono molto più duri da costruire che i materiali cristallini. I polimeri sono un caso mixed ed il loro studio unisce comunemente gli elementi della termodinamica chimica e statistica per dare thermodynamical, piuttosto che le descrizioni meccaniche delle proprietà fisiche. [pubblicare] i materiali negli avanzamenti radicali dei materiali di industria possono guidare la creazione di nuovi prodotti o persino di nuove industrie, ma le industrie stabili inoltre impiegano gli scienziati dei materiali per apportare i miglioramenti incrementali e per effettuare un analisi guasti delle edizioni con i materiali attualmente usati. Le applicazioni industriali di scienza dei materiali includono i materiali progettano, le alternanze dei costi e dei redditi nella produzione industriale dei materiali, tecniche di trattamento (pezzo fuso, rolling, saldatura, impianto di ione, sviluppo di cristallo, deposito di sottili pellicole, sinterizzare, glassblowing, ecc.) e tecniche analitiche (tecniche di descrizione quali microscopia elettronica, diffrazione di raggi X, calorimetria, microscopia nucleare (HEFIB), il backscattering di Rutherford, la diffrazione del neutrone, ecc.). La sovrapposizione fra la fisica e la scienza dei materiali ha condotto al campo del ramo della fisica dei materiali, che è interessata delle proprietà fisiche dei materiali. Il metodo è generalmente più macroscopico ed applicato che nella fisica condensata della materia. Vedere le pubblicazioni importanti nella fisica dei materiali per più particolari su questo campo dello studio. [pubblicare] i codici categoria di scienza dei materiali dei materiali (dai tipi schiavi) comprende i vari codici categoria dei materiali, di cui ciascuno possono costituire un campo separato. I materiali a volte sono classificati per il tipo di bonding presente fra gli atomi: 1. Cristalli ionici 2. Cristalli covalenti 3. Metalli 4. Intermetallics 5. Semiconduttori 6. Polimeri 7. Materiali compositi 8. Sottocampi vitrosi dei materiali [pubblicare] di scienza dei materiali * Nanotechnology --- rigorosamente, lo studio sui materiali in cui gli effetti di relegazione di quantum, dell'effetto di Gibbs-Thomson, o di qualunque altro effetto soltanto presente al nanoscale è la proprietà di definizione del materiale; ma più conunemente, è la creazione e lo studio sui materiali di cui definendo le proprietà strutturali provenire dovunque da di meno che un nanometro a cento nanometri in scala, quali i materiali molecolare costruiti. * Cristallografia --- lo studio di come gli atomi in uno spazio solido del materiale di riempimento, i difetti si sono associati con le strutture di cristallo quali i contorni di grano e le dislocazioni e la descrizione di queste strutture e del loro rapporto alle proprietà fisiche. * Descrizione dei materiali --- quale diffrazione con i raggi X, elettroni, o neutroni e varie forme della spettroscopia e dell'analisi chimica quali la spettroscopia del Raman, la spettroscopia energia-dispersiva (EDS), la cromatografia, l'analisi termogravimetrica, l'analisi del microscopio elettronico, ecc., per capire e definire le proprietà dei materiali. Si veda inoltre la lista dei metodi di superficie di analisi * metallurgia --- lo studio dei metalli e delle loro leghe, compreso la loro estrazione, microstruttura ed elaborazione. * Materie biologiche --- materiali che possono essere usati nel corpo umano. * Materiali elettronici e magnetici --- i materiali quali i semiconduttori hanno usato generare i circuiti integrati, gli strumenti di memorizzazione, i sensori ed altri dispositivi. * Tribology --- lo studio sull'usura dei materiali dovuto attrito ed altri fattori. * Scienza di superficie --- interazioni e strutture fra il solido liquido del solido-gas o le interfacce solide solide. * Ceramica e refractories --- i materiali a temperatura elevata compreso ceramica strutturale quali RCC, il carburo policristallino del silicone e la ceramica indurita trasformazione alcuni professionisti spesso considerano la reologia un sottocampo di scienza dei materiali, perché può riguardare tutto il materiale che fluisce. Tuttavia, la reologia moderna si occupa tipicamente del dynamics fluido non newtoniano, in modo da spesso è considerato un sottocampo dei meccanici di continuità. Vedere inoltre il materiale granulare. * Scienza di vetro --- qualsiasi materiale non cristallino compreso i vetri inorganici, i metalli vitrosi ed i vetri dell'non-ossido. [pubblicare] soggetti che costituiscono la base di scienza dei materiali * la termodinamica, meccanici statistici, cinetica e chimica fisica, per stabilità di fase, trasformazioni (fisiche e chimiche) e schemi. * Bonding del prodotto chimico e di cristallografia, per capire come gli atomi in un materiale sono organizzati. * Meccanici, capire le proprietà meccaniche dei materiali e delle loro applicazioni strutturali. * Meccanici di quantum e di fisica semi conduttrice, per la comprensione delle proprietà elettroniche, termiche, magnetiche, chimiche, strutturali ed ottiche dei materiali. * Diffrazione e meccanici dell'onda, per la descrizione dei materiali. * Chimica e scienza del polimero, per la comprensione della plastica, colloidi, ceramica, cristalli liquidi, chimica semi conduttrice e polimeri. * Biologia, per l'integrazione dei materiali nei sistemi biologici. * Meccanismi e statistiche di continuità, dato che lo studio sulle quantità di fluido e sui sistemi dell'insieme. * Meccanismi dei materiali, per lo studio sul rapporto fra il comportamento meccanico dei materiali e le loro microstrutture. [pubblicare] la lista corta delle facilità non-academic dei materiali * laboratorio nazionale massimo nazionale nazionale nazionale nazionale di A dell'istituto o Oak Ridge del laboratorio o Planck del laboratorio o Los Alamos del laboratorio o Lawrence Livermore del laboratorio o Lawrence Berkeley dei laboratori o Argonne di governo * centro di ricerca globale corporativo di ricerca la o IBM Thomas il J. Watson delle facilità la o DuPont la o GE [pubblicare] impernia * acta Materialia * JOM * materiali avanzati * scienza dei materiali di calcolo * materiali funzionali avanzati * giornale di chimica dei materiali * giornale dei materiali in linea - accesso aperto * metallurgico e bibliografia di transazioni dei materiali [pubblicare] * Askeland, Donald il R., Pradeep il P. Phulé (2005). Scienza & l'ingegneria dei materiali, quinto edizione, Thomson-Ingegneria. ISBN 0-534-55396-6. * Gaskell, David R. (1995). Introduzione a termodinamica dei materiali, della quarta edizione, di Taylor e di pubblicazione del Francis. ISBN 1-56032-992-0. * Eberhart, contrassegno (2003). Perchè le cose si rompono: Capendo il mondo a proposito si sfascia. Armonia. ISBN 1-4000-4760-9. * Gordon, James Edward (1984). Nuova scienza dei materiali forti o perchè non cadete attraverso il pavimento, l'edizione del eissue, il ISBN 0-691-02380-8 di pressione dell'università di Princeton.
stiamo pensando ai materiali ;)
modificaciao Enrico come va? volevo disturbarti 5 minuti per informarti che il Progetto:Design insieme al Progetto:Ingegneria e il Progetto:Architettura hanno iniziato una collaborazione per creare la voce Materiale da costruzione. Ti contatto perchè ho visto i tuoi contributi alla voce Scienza dei materiali e mi chiedevo se magari potevi essere interessato a questa nuova voce :), inoltre si potrebbe anche sistemare la voce "scienza dei materiale" per renderla ulteriormente migliore. fammi sapere se sei interessato, il tuo contributo sarebbe molto utile :) ah se sei interessato al Progetto Design non esitare a parteciparvi e se vuoi iscriviti pure agli utenti interessati, Il Centro Stile è il bar di ritrovo degli utenti del progetto. ciao --Pava (msg) 11:53, 13 gen 2009 (CET)