Materialshunoslik: Versiyalar orasidagi farq
Komilkhuja (munozara | hissa) Tahrir izohi yoʻq |
Komilkhuja (munozara | hissa) Tahrir izohi yoʻq |
||
| Qator 9: | Qator 9: | ||
Materialshunoslik, shuningdek, sud-tibbiyot muhandisligi va nosozliklarni tahlil qilishning muhim qismidir - ishlamay qolgan yoki maqsadga muvofiq ishlamaydigan, shaxsiy shikastlanish yoki mulkka zarar yetkazadigan materiallar, mahsulotlar, tuzilmalar yoki tarkibiy qismlarni tekshirish. Bunday tekshiruvlar, masalan, turli aviatsiya hodisalari va hodisalarining sabablarini tushunish uchun kalit hisoblanadi. |
Materialshunoslik, shuningdek, sud-tibbiyot muhandisligi va nosozliklarni tahlil qilishning muhim qismidir - ishlamay qolgan yoki maqsadga muvofiq ishlamaydigan, shaxsiy shikastlanish yoki mulkka zarar yetkazadigan materiallar, mahsulotlar, tuzilmalar yoki tarkibiy qismlarni tekshirish. Bunday tekshiruvlar, masalan, turli aviatsiya hodisalari va hodisalarining sabablarini tushunish uchun kalit hisoblanadi. |
||
'''PAYDO BO`LISHI''' |
'''PAYDO BO`LISHI''' |
||
[[Fayl:Otavalixojayev kamilxo`ja materialshunoslik 1.jpg|thumb|Kechki [[Bronza davri|bronza davri qilich]] yoki [[Pichoq|xanjar]]]] |
[[Fayl:Otavalixojayev kamilxo`ja materialshunoslik 1.jpg|thumb|Kechki [[Bronza davri|bronza davri qilich]] yoki [[Pichoq|xanjar]]]] |
||
Muayyan davrni tanlash materiali ko'pincha aniqlovchi nuqtadir. [[Tosh davri]], [[Jez davri|bronza davri]], [[Temir davri|temir asri]] va [[Sanoat toʻntarishi|po'lat asri]] kabi iboralar, agar o'zboshimchalik bilan misol bo'lsa, tarixiydir. Dastlab [[keramika]] ishlab chiqarish va uning taxminiy hosilaviy metallurgiyasidan kelib chiqqan materialshunoslik muhandislik va amaliy fanning eng qadimgi shakllaridan biridir |
Muayyan davrni tanlash materiali ko'pincha aniqlovchi nuqtadir. [[Tosh davri]], [[Jez davri|bronza davri]], [[Temir davri|temir asri]] va [[Sanoat toʻntarishi|po'lat asri]] kabi iboralar, agar o'zboshimchalik bilan misol bo'lsa, tarixiydir. Dastlab [[keramika]] ishlab chiqarish va uning taxminiy hosilaviy metallurgiyasidan kelib chiqqan materialshunoslik muhandislik va amaliy fanning eng qadimgi shakllaridan biridir<ref name=":1">{{Kitob manbasi|last=Defonseka|first=Chris|title=Polymer Fillers and Stiffening Agents: Applications and Non-traditional Alternatives|publisher=Walter de Gruyter GmbH & Co KG|year=2020|isbn=978-3-11-066999-2|location=Berlin|pages=31|language=en}}</ref>. Zamonaviy materialshunoslik to'g'ridan-to'g'ri [[Metallurgiya|metallurgiyadan]] rivojlandi, o'zi esa olovdan foydalanish natijasida paydo bo'ldi. 19-asr oxirida amerikalik olim [[Josiah Willard Gibbs|Jozia Uillard Gibbs]] turli fazalardagi [[atom]] tuzilishi bilan bog'liq [[Termodinamika|termodinamik]] xususiyatlar materialning fizik xususiyatlari bilan bog'liqligini ko'rsatganida, materiallarni tushunishda katta yutuq yuz berdi<ref>{{Kitob manbasi|last=Psillos|first=Dimitris|title=Iterative Design of Teaching-Learning Sequences: Introducing the Science of Materials in European Schools|publisher=Springer|year=2015|isbn=978-94-007-7807-8|location=Dordrecht|pages=79|language=en}}</ref>. Zamonaviy materialshunoslikning muhim elementlari kosmik poyganing mahsulotlari edi; Kosmosni o'rganishga imkon beradigan kosmik transport vositalarini qurishda ishlatiladigan metall [[Qotishma|qotishmalari]], [[Kremniy dioksid|kremniy]] va [[uglerod]] materiallarini tushunish va [[muhandislik]] . Materialshunoslik [[kauchuk|kauchuklar]], [[Plastik materiallar|plastmassalar]], [[Yarimoʻtkazgich|yarimo'tkazgichlar]] va biomateriallar kabi inqilobiy texnologiyalarning rivojlanishiga turtki bo'ldi va uni boshqardi. |
||
1960-yillarga qadar (va ba'zi hollarda o'nlab yillar o'tib) ko'plab ''materialshunoslik'' bo'limlari ''metallurgiya'' yoki ''keramika muhandisligi'' bo'limlari bo'lib, ular 19-asr va 20-asr boshlarida metallar va keramikaga e'tiborni aks ettirgan. Qo'shma Shtatlarda materialshunoslikning o'sishi qisman 1960-yillarning boshlarida "material fanlari bo'yicha fundamental tadqiqotlar va kadrlar tayyorlash milliy dasturini kengaytirish uchun" universitetda joylashgan bir qator laboratoriyalarni moliyalashtirgan Ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi tomonidan katalizator bo'ldi |
1960-yillarga qadar (va ba'zi hollarda o'nlab yillar o'tib) ko'plab ''materialshunoslik'' bo'limlari ''metallurgiya'' yoki ''keramika muhandisligi'' bo'limlari bo'lib, ular 19-asr va 20-asr boshlarida metallar va keramikaga e'tiborni aks ettirgan. Qo'shma Shtatlarda materialshunoslikning o'sishi qisman 1960-yillarning boshlarida "material fanlari bo'yicha fundamental tadqiqotlar va kadrlar tayyorlash milliy dasturini kengaytirish uchun" universitetda joylashgan bir qator laboratoriyalarni moliyalashtirgan Ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi tomonidan katalizator bo'ldi" <ref name="martin-pip">{{Cite journal|last=Martin|first1=Joseph D.|title=What's in a Name Change? Solid State Physics, Condensed Matter Physics, and Materials Science|journal=Physics in Perspective|date=2015|volume=17|issue=1|doi=10.1007/s00016-014-0151-7|pages=3–32|bibcode=2015PhP....17....3M|url=http://dro.dur.ac.uk/29168/1/29168.pdf}}</ref>. Mashinasozlik bilan taqqoslaganda, yangi paydo bo'lgan materialshunoslik sohasi makrodarajadagi materiallarga murojaat qilishga va materiallar mikroskopik darajadagi xatti-harakatlar bilimlari asosida ishlab chiqilgan yondashuvga qaratilgan<ref name=":0">{{Kitob manbasi|last=Channell|first=David F.|title=A History of Technoscience: Erasing the Boundaries between Science and Technology|publisher=Routledge|year=2017|isbn=978-1-351-97740-1|location=Oxon|pages=225|language=en}}</ref>. Atom va molekulyar jarayonlar o'rtasidagi bog'liqlik, shuningdek, materiallarning umumiy xususiyatlari to'g'risidagi kengaytirilgan bilimlar tufayli materiallarning dizayni aniq istalgan xususiyatlarga asoslandI<ref name=":0" />. O'shandan beri materialshunoslik sohasi har bir turdagi materiallarni, jumladan, keramika, [[polimerlar]], yarimo'tkazgichlar, [[Magnetizm|magnit]] materiallar, biomateriallar va nanomateriallarni o'z ichiga olgan holda kengayib, odatda uchta alohida guruhga tasniflanadi: keramika, metallar va polimerlar. So'nggi o'n yilliklarda materialshunoslikdagi sezilarli o'zgarishlar yangi materiallarni topish, xususiyatlarni bashorat qilish va hodisalarni tushunish uchun kompyuter simulyatsiyalaridan faol foydalanishdir. |
||
'''ASOSLAR''' |
'''ASOSLAR''' |
||
Materiallar ma'lum ilovalar uchun foydalanish uchun mo'ljallangan modda (ko'pincha qattiq, lekin boshqa kondensatsiyalangan fazalarni kiritish mumkin) sifatida aniqlanadi<ref>[http://www.nature.com/nmat/authors/index.html "For Authors: Nature Materials"] </ref>. Atrofimizda son-sanoqsiz materiallar mavjud; ularni binolar va avtomobillardan tortib kosmik kemalargacha bo'lgan hamma narsada topish mumkin. Materiallarning asosiy sinflari [[metallar]], [[Yarimoʻtkazgich|yarim o'tkazgichlar]], [[keramika]] va [[Polimerlar|polimerlardir]] <ref>Callister, Jr., Rethwisch. "Materials Science and Engineering – An Introduction" (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 pp.5–6</ref>. Ishlab chiqilayotgan yangi va ilg'or materiallar qatoriga [[nanomateriallar]], [[Biomaterial|biomateriallar]] <ref>Callister, Jr., Rethwisch. Materials Science and Engineering – An Introduction (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 pp.10–12</ref> va [[Fotoelement|energiya materiallari]] kiradi. |
|||
[[Fayl:Otavalixojayev kamilxo`ja materialshunoslik 2.jpg|thumb|[[Material|Materiallar]] [[paradigma]]<nowiki/>si [[tetraedr]] shaklida ifodalangan]] |
|||
Materialshunoslikning asosi materiallarning tuzilishi, ushbu materialni tayyorlash uchun ishlov berish usullari va natijada olingan material xususiyatlari o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni o'rganishdir. Ularning murakkab kombinatsiyasi ma'lum bir dasturda materialning ishlashini keltirib chiqaradi. Ko'p uzunlik o'lchovlari bo'yicha ko'plab xususiyatlar tarkibiy kimyoviy elementlardan, uning [[Mikrostruktura|mikro tuzilishidan]] va qayta ishlashdan olingan makroskopik xususiyatlardan tortib materialning ishlashiga ta'sir qiladi. Olimlar [[termodinamika]] va materiallarning [[Kinetika|kinetik]] qonunlari bilan birgalikda materiallarni tushunish va yaxshilashga intilishadi. |
|||
'''TUZILISHI''' |
|||
Struktura materialshunoslik sohasining eng muhim tarkibiy qismlaridan biridir. Ushbu sohaning ta'rifi "materiallarning tuzilmalari va xususiyatlari o'rtasidagi munosabatlarni" o'rganish bilan bog'liqligini ko'rsatadi<ref>{{Kitob manbasi|last=Zagorodni|first=Andrei A.|title=Ion Exchange Materials: Properties and Applications|publisher=Elsevier|year=2006|isbn=978-0-08-044552-6|location=Amsterdam|pages=xi|language=en}}</ref>. Materialshunoslik atom shkalasidan tortib to makro miqyosgacha bo'lgan materiallarning tuzilishini o'rganadi<ref name=":12">{{Kitob manbasi|last=Defonseka|first=Chris|title=Polymer Fillers and Stiffening Agents: Applications and Non-traditional Alternatives|publisher=Walter de Gruyter GmbH & Co KG|year=2020|isbn=978-3-11-066999-2|location=Berlin|pages=31|language=en}}</ref>. [[Xarakterlash (materialshunoslik)|Xarakterlash]] - bu material olimlarining material tuzilishini o'rganish usuli. Bu [[rentgen nurlari]], [[Elektron|elektronlar]] yoki [[Neytron|neytronlar]] bilan diffraksiya kabi usullarni va [[spektroskopiya]] va [[Analitik kimyo|kimyoviy tahlilning]] turli shakllarini, masalan, [[Raman spektroskopiyasi]], [[Energiyali dispersli rentgen spektroskopiyasi|energiya-dispersiv spektroskopiya]], [[xromatografiya]], [[termal tahlil]], [[elektron mikroskop]] tahlili va boshqalarni o'z ichiga oladi. |
|||
Struktura quyidagi bosqichlarda o‘rganiladi. |
|||
'''ATOM TUZILISHI''' |
|||
Atom tuzilishi materiallarning atomlari va ular molekulalar, kristallar va boshqalarni hosil qilish uchun qanday joylashtirilganligi bilan bog'liq. Materiallarning elektr, magnit va kimyoviy xossalarining katta qismi strukturaning shu darajasidan kelib chiqadi. Ishtirok etgan uzunlik shkalasi angstromlarda( [[Å]] ) bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish va atom tuzilishi (kristallografiya) har qanday materialning xossalari va harakatlarini o'rganish uchun asosiy hisoblanadi. |
|||
'''Bog'lanish''' |
|||
Materialning tuzilishi va uning xususiyatlari bilan qanday bog'liqligini to'liq tushunish uchun materialshunos turli atomlar, ionlar va molekulalarning qanday joylashishini va bir-biri bilan bog'lanishini o'rganishi kerak. Bu [[kvant kimyosi]] yoki [[Kvant mexanika|kvant fizikasini]] o'rganish va foydalanishni o'z ichiga oladi. Bog'lanish va tuzilishni o'rganishda [[qattiq jismlar fizikasi]], [[qattiq jismlar kimyosi]] va [[fizik kimyo]] ham ishtirok etadi. |
|||
'''Kristallografiya''' |
|||
[[Fayl:Otavalixojayev kamilxo`ja materialshunoslik 3.jpg|thumb|ABX <sub>3</sub> kimyoviy formulali perovskitning kristall tuzilishi <ref>{{Cite journal|title=Energetics and Crystal Chemical Systematics among Ilmenite, Lithium Niobate, and Perovskite Structures|last=A. Navrotsky|journal=Chem. Mater.|date=1998|volume=10|issue=10|pages=2787–2793|doi=10.1021/cm9801901}}</ref>]] |
|||
'''Kristallografiya''' - qattiq kristall jismlardagi atomlarning joylashishini o'rganadigan fan. Kristallografiya materialshunoslar uchun foydali vositadir. [[Monokristall|Yagona kristallarda]] atomlarning kristall joylashuvi ta'sirini makroskopik jihatdan ko'rish oson, chunki kristallarning tabiiy shakllari atom tuzilishini aks ettiradi. Bundan tashqari, jismoniy xususiyatlar ko'pincha kristall nuqsonlar bilan boshqariladi. Kristal tuzilmalarini tushunish [[Kristallografik nuqsonlar|kristalografik nuqsonlarni]] tushunish uchun muhim shartdir. Ko'pincha materiallar bitta kristal sifatida emas, balki polikristal shaklida, turli yo'nalishdagi mayda kristallar yoki donalar yig'indisi sifatida paydo bo'ladi. Shu sababli, ko'p kristalli polikristalli namunalarning diffraktsiya naqshlaridan foydalanadigan [[Kukun diffraktsiyasi|kukun diffraktsiya usuli]] strukturani aniqlashda muhim rol o'ynaydi. Aksariyat materiallar kristalli tuzilishga ega, ammo ba'zi muhim materiallar muntazam kristalli tuzilishga ega emas. [[Polimerlar]] turli darajadagi kristallikni namoyon qiladi va ko'plari butunlay kristalli emas. [[Shisha]], ba'zi keramika va ko'plab tabiiy materiallar [[amorf]] bo'lib, ularning atomik tuzilishida uzoq masofali tartibga ega emas. Polimerlarni o'rganish kimyoviy va statistik termodinamika elementlarini birlashtirib, fizik xususiyatlarning termodinamik va mexanik tavsiflarini beradi. |
|||
'''Nanostruktura''' |
|||
Atomlar va molekulalar nanometriyadagi tarkibiy qismlarni tashkil etadigan (ya'ni, ular nanostrukturani hosil qiladigan) materiallarga nanomateriallar deyiladi. Nanomateriallar o'ziga xos xususiyatlari tufayli materialshunoslik hamjamiyatida qizg'in izlanishlar mavzusidir. |
|||
[[Fayl:Otavalixojayev kamilxo`ja materialshunoslik 4.jpg|thumb|[[Bukminsterfulleren]] nanostrukturasi]] |
|||
Nanostruktura 1 dan 100 gacha bo'lgan ob'ektlar va tuzilmalar bilan shug'ullanadi nm diapazoni<ref>{{Cite journal|url=http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=BJIOBN00000200000400MR17000001&idtype=cvips&gifs=Yes|last=Cristina Buzea|last2=Ivan Pacheco|last3=Kevin Robbie|title=Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity|journal=Biointerphases|volume=2|date=2007|pages=MR17–MR71|doi=10.1116/1.2815690|pmid=20419892|issue=4|archiveurl=https://archive.today/20120703014917/http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=BJIOBN00000200000400MR17000001&idtype=cvips&gifs=Yes|archivedate=2012-07-03|arxiv=0801.3280}}</ref>. Ko'pgina materiallarda atomlar yoki molekulalar birga yig'ilib, nano o'lchamdagi ob'ektlarni hosil qiladi. Bu juda ko'p qiziqarli elektr, magnit, optik va mexanik xususiyatlarni keltirib chiqaradi. |
|||
Nanostrukturalarni tavsiflashda [[Nanoskopik shkala|nanostrukturadagi]] o'lchamlar sonini farqlash kerak. |
|||
[[Nanotexturali sirt|Nanotexturali yuzalar]] nano o'lchovda ''bitta o'lchamga'' ega, ya'ni faqat ob'ekt sirtining qalinligi 0,1 dan 100 gacha.nm. |
|||
Nanotubalar nano o'lchovda ''ikkita o'lchamga'' ega, ya'ni trubaning diametri 0,1 dan 100 gacha. nm; uning uzunligi ancha katta bo'lishi mumkin. |
|||
Nihoyat, sferik [[Nanozarracha|nanozarralar]] nano o'lchovda ''uchta o'lchamga'' ega, ya'ni zarracha 0,1 dan 100 gacha. Har bir fazoviy o'lchamda nm. Nanozarrachalar va [[Ultra nozik zarracha|o'ta nozik zarralar]] (UFP) atamalari ko'pincha sinonim sifatida ishlatiladi, ammo UFP mikrometr diapazoniga etib borishi mumkin. "Nanostruktura" atamasi ko'pincha magnit texnologiyaga nisbatan qo'llaniladi. Biologiyada nano o'lchamdagi struktura ko'pincha [[ultrastruktura]] deb ataladi. |
|||
'''Mikro tuzilma''' |
|||
Mikrostruktura 25 × kattalashtirishdan yuqori mikroskop tomonidan aniqlangan tayyorlangan sirt yoki yupqa folga materialining tuzilishi sifatida aniqlanadi. U 100 dan ob'ektlar bilan shug'ullanadi nm dan bir necha sm gacha. Materialning mikro tuzilishi (ularni metall, polimer, keramika va kompozitlarga keng tasniflash mumkin) kuch, qattiqlik, egiluvchanlik, qattiqlik, korroziyaga chidamlilik, yuqori / past harorat harakati, aşınma qarshilik va boshqalar kabi jismoniy xususiyatlarga kuchli ta'sir ko'rsatishi mumkin. . An'anaviy materiallarning aksariyati (metall va keramika kabi) mikro tuzilishga ega. |
|||
Materialning mukammal [[Kristallar|kristalini]] ishlab chiqarish jismoniy jihatdan mumkin emas. Masalan, har qanday kristall materialda [[Yog'ingarchilik (kimyo)|cho'kmalar]], don chegaralari ( [[Don chegarasini mustahkamlash|Hall-Petch munosabatlari]] ), vakansiyalar, interstitsial atomlar yoki o'rnini bosuvchi atomlar kabi [[Kristallografik nuqsonlar|nuqsonlar]] bo'ladi. Materiallarning mikro tuzilishi bu katta nuqsonlarni ochib beradi va simulyatsiyadagi yutuqlar material xususiyatlarini yaxshilash uchun nuqsonlardan qanday foydalanish mumkinligini tushunishga imkon berdi. |
|||
'''Makrostruktura''' |
|||
'''Makrostruktura -''' bu materialning millimetrdan metrgacha bo'lgan shkaladagi ko'rinishi, yalang'och ko'z bilan ko'rinadigan materialning tuzilishi. |
|||
'''XUSUSIYATLAR''' |
|||
Materiallar son-sanoqsiz xususiyatlarni namoyish etadi, jumladan quyidagilar. |
|||
* Mexanik xususiyatlar, [[Materiallarning mustahkamligi|materiallarning mustahkamligiga]] qarang |
|||
* Kimyoviy xususiyatlar, [[Kimyo|Kimyoga]] qarang |
|||
* Elektr xususiyatlari, [[Elektr|Elektrga]] qarang |
|||
* Termal xususiyatlar, [[Termodinamika|Termodinamikaga]] qarang |
|||
* Optik xususiyatlar, [[Optika]] va [[Fotonika|fotonikaga]] qarang |
|||
* Magnit xususiyatlar, [[Magnetizm|Magnitizmga]] qarang |
|||
Materialning xususiyatlari uning ishlatilishini va shuning uchun uning muhandislik qo'llanilishini belgilaydi. |
|||
=== Qayta ishlash === |
|||
Sintez va qayta ishlash kerakli mikro-nanostrukturaga ega materialni yaratishni o'z ichiga oladi. Muhandislik nuqtai nazaridan materialni sanoatda ishlatish mumkin emas, agar uni iqtisodiy ishlab chiqarish usuli ishlab chiqilmagan bo'lsa. Shunday qilib, materiallarni qayta ishlash materialshunoslik sohasi uchun juda muhimdir. Turli materiallar turli xil qayta ishlash yoki sintez usullarini talab qiladi. Masalan, metallarni qayta ishlash tarixan juda muhim bo'lib, materialshunoslikning ''fizik [[metallurgiya]]'' deb nomlangan bo'limi ostida o'rganiladi. Bundan tashqari, kimyoviy va fizik usullar [[polimerlar]], [[keramika]], yupqa plyonkalar va boshqalar kabi boshqa materiallarni sintez qilish uchun ham qo'llaniladi. 21-asrning boshlarida [[grafen]] kabi nanomateriallarni sintez qilishning yangi usullari ishlab chiqilmoqda. |
|||
<references /> |
<references /> |
||
13-Aprel 2023, 08:24 dagi koʻrinishi
ASOSIY MA`LUMOT
Materialshunoslik - bu materiallarni tadqiq qilish va kashf qilishning fanlararo sohasi. Materiallar muhandisligi - bu materiallarni loyihalash va takomillashtirish va boshqa sohalarda va sanoatda materiallardan foydalanishni topishning muhandislik sohasi.
Materialshunoslikning intellektual kelib chiqishi tadqiqotchilar metallurgiya va mineralogiyadagi qadimiy, fenomenologik kuzatishlarni tushunish uchun kimyo, fizika va muhandislik fanlaridan analitik tafakkurdan foydalana boshlagan Maʼrifat davridan kelib chiqadi[1][2]. Materialshunoslik hali ham fizika, kimyo va muhandislik elementlarini o'z ichiga oladi. Shunday qilib, ushbu soha uzoq vaqt davomida ilmiy muassasalar tomonidan ushbu tegishli sohalarning kichik sohasi sifatida ko'rib chiqilgan. 1940-yillardan boshlab materialshunoslik fan va texnikaning oʻziga xos va oʻziga xos sohasi sifatida kengroq eʼtirof etila boshlandi va butun dunyodagi yirik texnik universitetlar uni oʻrganish uchun maxsus maktablar yaratdilar.
Materialshunoslar materialning tarixi (qayta ishlash) uning tuzilishiga va shu bilan materialning xususiyatlari va ishlashiga qanday ta'sir qilishini tushunishga urg'u beradi. Qayta ishlash-tuzilma-xususiyat munosabatlarini tushunish materiallar paradigmasi deb ataladi. Ushbu paradigma nanotexnologiya, biomateriallar va metallurgiya kabi turli tadqiqot yo'nalishlarida tushunishni rivojlantirish uchun ishlatiladi.
Materialshunoslik, shuningdek, sud-tibbiyot muhandisligi va nosozliklarni tahlil qilishning muhim qismidir - ishlamay qolgan yoki maqsadga muvofiq ishlamaydigan, shaxsiy shikastlanish yoki mulkka zarar yetkazadigan materiallar, mahsulotlar, tuzilmalar yoki tarkibiy qismlarni tekshirish. Bunday tekshiruvlar, masalan, turli aviatsiya hodisalari va hodisalarining sabablarini tushunish uchun kalit hisoblanadi.
PAYDO BO`LISHI
Muayyan davrni tanlash materiali ko'pincha aniqlovchi nuqtadir. Tosh davri, bronza davri, temir asri va po'lat asri kabi iboralar, agar o'zboshimchalik bilan misol bo'lsa, tarixiydir. Dastlab keramika ishlab chiqarish va uning taxminiy hosilaviy metallurgiyasidan kelib chiqqan materialshunoslik muhandislik va amaliy fanning eng qadimgi shakllaridan biridir[3]. Zamonaviy materialshunoslik to'g'ridan-to'g'ri metallurgiyadan rivojlandi, o'zi esa olovdan foydalanish natijasida paydo bo'ldi. 19-asr oxirida amerikalik olim Jozia Uillard Gibbs turli fazalardagi atom tuzilishi bilan bog'liq termodinamik xususiyatlar materialning fizik xususiyatlari bilan bog'liqligini ko'rsatganida, materiallarni tushunishda katta yutuq yuz berdi[4]. Zamonaviy materialshunoslikning muhim elementlari kosmik poyganing mahsulotlari edi; Kosmosni o'rganishga imkon beradigan kosmik transport vositalarini qurishda ishlatiladigan metall qotishmalari, kremniy va uglerod materiallarini tushunish va muhandislik . Materialshunoslik kauchuklar, plastmassalar, yarimo'tkazgichlar va biomateriallar kabi inqilobiy texnologiyalarning rivojlanishiga turtki bo'ldi va uni boshqardi.
1960-yillarga qadar (va ba'zi hollarda o'nlab yillar o'tib) ko'plab materialshunoslik bo'limlari metallurgiya yoki keramika muhandisligi bo'limlari bo'lib, ular 19-asr va 20-asr boshlarida metallar va keramikaga e'tiborni aks ettirgan. Qo'shma Shtatlarda materialshunoslikning o'sishi qisman 1960-yillarning boshlarida "material fanlari bo'yicha fundamental tadqiqotlar va kadrlar tayyorlash milliy dasturini kengaytirish uchun" universitetda joylashgan bir qator laboratoriyalarni moliyalashtirgan Ilg'or tadqiqot loyihalari agentligi tomonidan katalizator bo'ldi" [5]. Mashinasozlik bilan taqqoslaganda, yangi paydo bo'lgan materialshunoslik sohasi makrodarajadagi materiallarga murojaat qilishga va materiallar mikroskopik darajadagi xatti-harakatlar bilimlari asosida ishlab chiqilgan yondashuvga qaratilgan[6]. Atom va molekulyar jarayonlar o'rtasidagi bog'liqlik, shuningdek, materiallarning umumiy xususiyatlari to'g'risidagi kengaytirilgan bilimlar tufayli materiallarning dizayni aniq istalgan xususiyatlarga asoslandI[6]. O'shandan beri materialshunoslik sohasi har bir turdagi materiallarni, jumladan, keramika, polimerlar, yarimo'tkazgichlar, magnit materiallar, biomateriallar va nanomateriallarni o'z ichiga olgan holda kengayib, odatda uchta alohida guruhga tasniflanadi: keramika, metallar va polimerlar. So'nggi o'n yilliklarda materialshunoslikdagi sezilarli o'zgarishlar yangi materiallarni topish, xususiyatlarni bashorat qilish va hodisalarni tushunish uchun kompyuter simulyatsiyalaridan faol foydalanishdir.
ASOSLAR
Materiallar ma'lum ilovalar uchun foydalanish uchun mo'ljallangan modda (ko'pincha qattiq, lekin boshqa kondensatsiyalangan fazalarni kiritish mumkin) sifatida aniqlanadi[7]. Atrofimizda son-sanoqsiz materiallar mavjud; ularni binolar va avtomobillardan tortib kosmik kemalargacha bo'lgan hamma narsada topish mumkin. Materiallarning asosiy sinflari metallar, yarim o'tkazgichlar, keramika va polimerlardir [8]. Ishlab chiqilayotgan yangi va ilg'or materiallar qatoriga nanomateriallar, biomateriallar [9] va energiya materiallari kiradi.
Materialshunoslikning asosi materiallarning tuzilishi, ushbu materialni tayyorlash uchun ishlov berish usullari va natijada olingan material xususiyatlari o'rtasidagi o'zaro bog'liqlikni o'rganishdir. Ularning murakkab kombinatsiyasi ma'lum bir dasturda materialning ishlashini keltirib chiqaradi. Ko'p uzunlik o'lchovlari bo'yicha ko'plab xususiyatlar tarkibiy kimyoviy elementlardan, uning mikro tuzilishidan va qayta ishlashdan olingan makroskopik xususiyatlardan tortib materialning ishlashiga ta'sir qiladi. Olimlar termodinamika va materiallarning kinetik qonunlari bilan birgalikda materiallarni tushunish va yaxshilashga intilishadi.
TUZILISHI Struktura materialshunoslik sohasining eng muhim tarkibiy qismlaridan biridir. Ushbu sohaning ta'rifi "materiallarning tuzilmalari va xususiyatlari o'rtasidagi munosabatlarni" o'rganish bilan bog'liqligini ko'rsatadi[10]. Materialshunoslik atom shkalasidan tortib to makro miqyosgacha bo'lgan materiallarning tuzilishini o'rganadi[11]. Xarakterlash - bu material olimlarining material tuzilishini o'rganish usuli. Bu rentgen nurlari, elektronlar yoki neytronlar bilan diffraksiya kabi usullarni va spektroskopiya va kimyoviy tahlilning turli shakllarini, masalan, Raman spektroskopiyasi, energiya-dispersiv spektroskopiya, xromatografiya, termal tahlil, elektron mikroskop tahlili va boshqalarni o'z ichiga oladi.
Struktura quyidagi bosqichlarda o‘rganiladi.
ATOM TUZILISHI
Atom tuzilishi materiallarning atomlari va ular molekulalar, kristallar va boshqalarni hosil qilish uchun qanday joylashtirilganligi bilan bog'liq. Materiallarning elektr, magnit va kimyoviy xossalarining katta qismi strukturaning shu darajasidan kelib chiqadi. Ishtirok etgan uzunlik shkalasi angstromlarda( Å ) bo'ladi. Kimyoviy bog'lanish va atom tuzilishi (kristallografiya) har qanday materialning xossalari va harakatlarini o'rganish uchun asosiy hisoblanadi.
Bog'lanish
Materialning tuzilishi va uning xususiyatlari bilan qanday bog'liqligini to'liq tushunish uchun materialshunos turli atomlar, ionlar va molekulalarning qanday joylashishini va bir-biri bilan bog'lanishini o'rganishi kerak. Bu kvant kimyosi yoki kvant fizikasini o'rganish va foydalanishni o'z ichiga oladi. Bog'lanish va tuzilishni o'rganishda qattiq jismlar fizikasi, qattiq jismlar kimyosi va fizik kimyo ham ishtirok etadi.
Kristallografiya
Kristallografiya - qattiq kristall jismlardagi atomlarning joylashishini o'rganadigan fan. Kristallografiya materialshunoslar uchun foydali vositadir. Yagona kristallarda atomlarning kristall joylashuvi ta'sirini makroskopik jihatdan ko'rish oson, chunki kristallarning tabiiy shakllari atom tuzilishini aks ettiradi. Bundan tashqari, jismoniy xususiyatlar ko'pincha kristall nuqsonlar bilan boshqariladi. Kristal tuzilmalarini tushunish kristalografik nuqsonlarni tushunish uchun muhim shartdir. Ko'pincha materiallar bitta kristal sifatida emas, balki polikristal shaklida, turli yo'nalishdagi mayda kristallar yoki donalar yig'indisi sifatida paydo bo'ladi. Shu sababli, ko'p kristalli polikristalli namunalarning diffraktsiya naqshlaridan foydalanadigan kukun diffraktsiya usuli strukturani aniqlashda muhim rol o'ynaydi. Aksariyat materiallar kristalli tuzilishga ega, ammo ba'zi muhim materiallar muntazam kristalli tuzilishga ega emas. Polimerlar turli darajadagi kristallikni namoyon qiladi va ko'plari butunlay kristalli emas. Shisha, ba'zi keramika va ko'plab tabiiy materiallar amorf bo'lib, ularning atomik tuzilishida uzoq masofali tartibga ega emas. Polimerlarni o'rganish kimyoviy va statistik termodinamika elementlarini birlashtirib, fizik xususiyatlarning termodinamik va mexanik tavsiflarini beradi.
Nanostruktura
Atomlar va molekulalar nanometriyadagi tarkibiy qismlarni tashkil etadigan (ya'ni, ular nanostrukturani hosil qiladigan) materiallarga nanomateriallar deyiladi. Nanomateriallar o'ziga xos xususiyatlari tufayli materialshunoslik hamjamiyatida qizg'in izlanishlar mavzusidir.
Nanostruktura 1 dan 100 gacha bo'lgan ob'ektlar va tuzilmalar bilan shug'ullanadi nm diapazoni[13]. Ko'pgina materiallarda atomlar yoki molekulalar birga yig'ilib, nano o'lchamdagi ob'ektlarni hosil qiladi. Bu juda ko'p qiziqarli elektr, magnit, optik va mexanik xususiyatlarni keltirib chiqaradi.
Nanostrukturalarni tavsiflashda nanostrukturadagi o'lchamlar sonini farqlash kerak.
Nanotexturali yuzalar nano o'lchovda bitta o'lchamga ega, ya'ni faqat ob'ekt sirtining qalinligi 0,1 dan 100 gacha.nm.
Nanotubalar nano o'lchovda ikkita o'lchamga ega, ya'ni trubaning diametri 0,1 dan 100 gacha. nm; uning uzunligi ancha katta bo'lishi mumkin.
Nihoyat, sferik nanozarralar nano o'lchovda uchta o'lchamga ega, ya'ni zarracha 0,1 dan 100 gacha. Har bir fazoviy o'lchamda nm. Nanozarrachalar va o'ta nozik zarralar (UFP) atamalari ko'pincha sinonim sifatida ishlatiladi, ammo UFP mikrometr diapazoniga etib borishi mumkin. "Nanostruktura" atamasi ko'pincha magnit texnologiyaga nisbatan qo'llaniladi. Biologiyada nano o'lchamdagi struktura ko'pincha ultrastruktura deb ataladi.
Mikro tuzilma
Mikrostruktura 25 × kattalashtirishdan yuqori mikroskop tomonidan aniqlangan tayyorlangan sirt yoki yupqa folga materialining tuzilishi sifatida aniqlanadi. U 100 dan ob'ektlar bilan shug'ullanadi nm dan bir necha sm gacha. Materialning mikro tuzilishi (ularni metall, polimer, keramika va kompozitlarga keng tasniflash mumkin) kuch, qattiqlik, egiluvchanlik, qattiqlik, korroziyaga chidamlilik, yuqori / past harorat harakati, aşınma qarshilik va boshqalar kabi jismoniy xususiyatlarga kuchli ta'sir ko'rsatishi mumkin. . An'anaviy materiallarning aksariyati (metall va keramika kabi) mikro tuzilishga ega.
Materialning mukammal kristalini ishlab chiqarish jismoniy jihatdan mumkin emas. Masalan, har qanday kristall materialda cho'kmalar, don chegaralari ( Hall-Petch munosabatlari ), vakansiyalar, interstitsial atomlar yoki o'rnini bosuvchi atomlar kabi nuqsonlar bo'ladi. Materiallarning mikro tuzilishi bu katta nuqsonlarni ochib beradi va simulyatsiyadagi yutuqlar material xususiyatlarini yaxshilash uchun nuqsonlardan qanday foydalanish mumkinligini tushunishga imkon berdi.
Makrostruktura
Makrostruktura - bu materialning millimetrdan metrgacha bo'lgan shkaladagi ko'rinishi, yalang'och ko'z bilan ko'rinadigan materialning tuzilishi.
XUSUSIYATLAR
Materiallar son-sanoqsiz xususiyatlarni namoyish etadi, jumladan quyidagilar.
- Mexanik xususiyatlar, materiallarning mustahkamligiga qarang
- Kimyoviy xususiyatlar, Kimyoga qarang
- Elektr xususiyatlari, Elektrga qarang
- Termal xususiyatlar, Termodinamikaga qarang
- Optik xususiyatlar, Optika va fotonikaga qarang
- Magnit xususiyatlar, Magnitizmga qarang
Materialning xususiyatlari uning ishlatilishini va shuning uchun uning muhandislik qo'llanilishini belgilaydi.
Qayta ishlash
Sintez va qayta ishlash kerakli mikro-nanostrukturaga ega materialni yaratishni o'z ichiga oladi. Muhandislik nuqtai nazaridan materialni sanoatda ishlatish mumkin emas, agar uni iqtisodiy ishlab chiqarish usuli ishlab chiqilmagan bo'lsa. Shunday qilib, materiallarni qayta ishlash materialshunoslik sohasi uchun juda muhimdir. Turli materiallar turli xil qayta ishlash yoki sintez usullarini talab qiladi. Masalan, metallarni qayta ishlash tarixan juda muhim bo'lib, materialshunoslikning fizik metallurgiya deb nomlangan bo'limi ostida o'rganiladi. Bundan tashqari, kimyoviy va fizik usullar polimerlar, keramika, yupqa plyonkalar va boshqalar kabi boshqa materiallarni sintez qilish uchun ham qo'llaniladi. 21-asrning boshlarida grafen kabi nanomateriallarni sintez qilishning yangi usullari ishlab chiqilmoqda.
- ↑ „Eddy, Matthew Daniel (2008). The Language of Mineralogy: John Walker, Chemistry and the Edinburgh Medical School 1750–1800. Ashgate. Archived from the original on 2015-09-03.“.
- ↑ „Smith, Cyril Stanley (1981). A Search for Structure. MIT Press. ISBN 978-0262191913.“.
- ↑ Defonseka, Chris. Polymer Fillers and Stiffening Agents: Applications and Non-traditional Alternatives (en). Berlin: Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2020 — 31 bet. ISBN 978-3-11-066999-2.
- ↑ Psillos, Dimitris. Iterative Design of Teaching-Learning Sequences: Introducing the Science of Materials in European Schools (en). Dordrecht: Springer, 2015 — 79 bet. ISBN 978-94-007-7807-8.
- ↑ Martin, Joseph D. (2015). "What's in a Name Change? Solid State Physics, Condensed Matter Physics, and Materials Science". Physics in Perspective 17 (1): 3–32. doi:10.1007/s00016-014-0151-7. http://dro.dur.ac.uk/29168/1/29168.pdf.
- ↑ 6,0 6,1 Channell, David F.. A History of Technoscience: Erasing the Boundaries between Science and Technology (en). Oxon: Routledge, 2017 — 225 bet. ISBN 978-1-351-97740-1.
- ↑ "For Authors: Nature Materials"
- ↑ Callister, Jr., Rethwisch. "Materials Science and Engineering – An Introduction" (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 pp.5–6
- ↑ Callister, Jr., Rethwisch. Materials Science and Engineering – An Introduction (8th ed.). John Wiley and Sons, 2009 pp.10–12
- ↑ Zagorodni, Andrei A.. Ion Exchange Materials: Properties and Applications (en). Amsterdam: Elsevier, 2006 — xi bet. ISBN 978-0-08-044552-6.
- ↑ Defonseka, Chris. Polymer Fillers and Stiffening Agents: Applications and Non-traditional Alternatives (en). Berlin: Walter de Gruyter GmbH & Co KG, 2020 — 31 bet. ISBN 978-3-11-066999-2.
- ↑ A. Navrotsky (1998). "Energetics and Crystal Chemical Systematics among Ilmenite, Lithium Niobate, and Perovskite Structures". Chem. Mater. 10 (10): 2787–2793. doi:10.1021/cm9801901.
- ↑ Cristina Buzea; Ivan Pacheco; Kevin Robbie (2007). "Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity". Biointerphases 2 (4): MR17–MR71. doi:10.1116/1.2815690. PMID 20419892. Archived from the original on 2012-07-03. https://archive.today/20120703014917/http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=BJIOBN00000200000400MR17000001&idtype=cvips&gifs=Yes.