علم مواد

این مقاله دانشجویی مشتمل بر ۷  صفحه است.

 این مقاله دانشجویی به صورت کامل در زیر قابل مشاهده می باشد:

فهرست مطالب

مقدمه. ۲

تعریف مواد. ۲

ساختار مواد چیست؟. ۳

عوامل مؤثر ساختاری بر خواص ماکروسکوپی مواد. ۴

دانش مواد. ۵

حوزه‌های پژوهشی در دانش مواد. ۶

نتیجه‌گیری.. ۷

مقدمه
شاید تا بحال از خود پرسیده باشید که چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخی از آن‌ها محکم تر از سایرین هستند؟ چرا برخی از مواد رسانا و برخی نارسانا؟ چرا نور می‌تواند از بعضی از مواد عبور ‌کند و از بعضی دیگر نه؟

سئوالاتی از این دست ذهن را متوجه تفاوت‌‌های مواد از نظر خواص می‌‌کند و ما را در رابطه با علت این تفاوت‌‌ها، به تفکر بیشتر وادار می‌‌کند. با اطلاعاتی که ما از ساختمان عناصر و تفاوت‌‌های موجود در عناصر داریم شاید گمان کنیم که تفاوت‌‌‌‌های موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت‌‌های عناصر تشکیل دهنده آنها است. با این تفکر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشکیل دهنده خود خواهند بود و تمامی ویژگی‌‌های رفتاری مواد با شناخت عناصر تشکیل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر این اساس مشخص شدن عناصر تشکیل دهنده یعنی تعیین ترکیب شیمیایی همه اسرار مربوط به خصوصیات مواد را آشکار می‌‌کند. براستی با دانستن ترکیب شیمیایی، خواص مواد معلوم خواهد شد؟
با کمی دقت و توجه به ترکیبات شیمیایی مواد پیرامون خویش در می‌‌یابیم که بسیاری از آنها با وجود این که در رفتار و خواص با یکدیگر بسیار متفاوتند، دارای عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی یکسان می‌باشند و برخی دیگراز مواد با داشتن عناصر تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی متفاوت با یکدیگر، دارای خواص و رفتار مشابهی هستند. پس چه چیزی بجز ترکیب شیمیایی موجب تفاوت در رفتار مواد می‌‌شود؟

تعریف مواد

مواد عبارتست از هر چیز ساخته شده از ماده (فیزیک) یا ترکیبی از یک یا چند مواد شیمیایی چوب، سیمان، هیدروژن، هوا، آب و هر ماده دیگری، همه نمونه هایی از مواد هستند. گاهی اصطلاح مواد، بیشتر اشاره گر به مواد یا ترکیباتی با همان خصوصیات فیزیکی چیزی هستند که آنرا می سازند. با این تعریف، مواد اجزاء ضروری برای ساخت چیزیهای دیگر هستند. از ساختمان گرفته تا هنر و هواپیما و رایانه.

مواد همچنین برای اشاره به گروهی از ایده ها، حقایق، اطلاعات یا داده هایی که اصولی را گسترش می دهند یا بخشی از کاری هستند نیز بکار می رود.

ساختار مواد چیست؟

ساختار مواد ارتباط بین اتم‌‌ها، یون‌‌ها و مولکول‌‌های تشکیل دهنده آن مواد را مشخص می‌‌کند. برای شناخت ساختار مواد ابتدا باید به نوع اتصالات بین اتم‌‌ها و یون‌‌ها پی برد. به طور حتم با پیوندهای شیمیایی آشنایی دارید. پیوندهای شیمیایی نحوه اتصال میان اتم‌‌ها و یون‌‌ها را مشخص می‌‌کنند. بنابراین تفاوت پیوندهای شیمیایی مختلف را در ویژگی‌های این پیوندها می‌‌توان مشاهده کرد. به عنوان مثال در نمک طعام به دلیل وجود پیوند یونی که منجر به محصور شدن الکترون‌‌ها می‌‌شود، خاصیت رسانایی مشاهده نمی‌شود زیرا الکترون‌‌ها که حامل و انتقال دهنده‌ی بار الکتریکی هستند، به دلیل محصور شدن امکان حرکت ندارند و چیزی برای انتقال بار الکتریکی در میان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دلیل وجود پیوند فلزی که موجب آزادی الکترون‌‌ها می‌‌شود و امکان تحرک الکترون‌‌ها را فراهم می‌‌نماید، می‌‌توانیم خاصیت رسانایی را انتظار داشته باشیم. زیرا الکترون‌‌های آزاد، امکان انتقال بار الکتریکی را در طول ماده فراهم می‌آورند. همانطور که ذکر شد اطلاع از نوع پیوندهای اتمی می‌‌تواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد کمک کند. اما آیا تنها با دانستن نوع پیوندها تمامی خواص و رفتار یک ماده را می‌‌توان پیش‌‌بینی کرد؟

برای روشن شدن مطلب مثال معروفی را ارائه می‌‌کنیم. همانطور که می‌‌دانید گرافیت و الماس هر دو از اتم‌‌های کربن تشکیل شده‌‌اند و هر دو ریخت‌‌های مختلفی از عنصر کربن هستند. اما چرا خواص گرافیت و الماس تا این حد با یکدیگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سخت‌‌ترین ماده طبیعی معرفی می‌‌گردد و گرافیت به دلیل نرمی بسیار، به عنوان ماده روانساز به کار گرفته می‌‌شود! تفاوت رفتار و خواص گرافیت و الماس را به نوع اتصال و پیوند شیمیایی اتم‌‌های کربن نمی‌‌توان نسبت داد زیرا در هر دو شکل این ماده -که تنها دارای اتم‌‌های کربن است- یک نوع پیوند شیمیایی وجود دارد. بلکه علت در چگونگی اتصالات و پیوندهای شیمیایی این دو شکل کربن است. در گرافیت اتم‌‌های کربن شش ضلعی‌‌های پیوسته‌‌ای شبیه به یک لانه زنبور تشکیل می‌‌دهند که در یک سطح گسترده شده است. لایه‌‌های شش ضلعی ساخته شده با قرار گرفتن روی هم، حجمی را تشکیل می‌‌دهند که به آن گرافیت می‌‌گوییم. واضح است که در ساختار گرافیت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: یک نوع اتصال، اتصالی است که بین اتم‌‌های کربن هر لایه لانه زنبوری وجود دارد و جنس آن از نوع پیوند کوالانسی است. نوع دوم اتصالی است که لایه‌‌های لانه زنبوری را به یکدیگر وصل می‌کند. بدیهی است که این نوع از جنس اتصالات اولیه یعنی پیوندهای اتمی نیست. بنابراین پیوند به هم پیوستگی دوم – که قدرت به هم پیوستگی لایه‌‌ها را مشخص می‌‌کند – ضعیف‌‌تر از اتصال اولیه که یک پیوند کوالانسی است، خواهد بود. پس می‌توان انتظار داشت که گرافیت، در جهت صفهات لانه‌زنبوری به دلیل داشتن پیوند قوی کووالانسی استحکام بالایی داشته باشد؛ بالعکس، این ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوری به علت وجود پیوند ضعیف ثانویه بین لایه‌ها، به مراتب کمتر از استحکام درون آنها، دارای مقاومت است. از طرفی به دلیل پیوندهای ضعیف بین لایه‌‌ای انتظار می‌‌رود که با اعمال نیرویی بیشتر، لایه‌‌های لانه زنبوری بتوانند بر روی یکدیگر بلغزند.

عوامل مؤثر ساختاری بر خواص ماکروسکوپی مواد

به دلیل تبعیت خواص ماکروسکوپی مواد از ساختار و شبکه سلولی آن ها، تنها یافتن نوع شبکه کافی نیست بلکه باید مسیر و چگونگی ارتباط ساختار و خواص مواد صنعتی نیز روشن گردد. تاثیر متغیرهای فرآیندهای ساخت مواد صنعتی بر ساختار مواد روشن است که در این باب، در علم متالورژی، مواردی مؤثر نظیر چگالی، خلوص، ترکیب شیمیایی، دمای ذوب، دمای تغییر شکل، فشار غلتک ­ها و سرعت کشیدن در فرآیند کشش، سرعت و زمان سرد کردن، محیط و نوع عملیات حرارتی و غیره را باید در نظر گرفت.

به طور عمومی ساختار مواد صنعتی یکنواخت نبوده، بلور ایده ­آلی وجود ندارد و همواره مواردی چون نقص شبکه در ساختار مواد مشاهده می ­شود. نقایص شبکه را می­توان به گروه­ های اصلی زیر تفکیک کرد:

الف- صفر بعدی: مانند جاهای خالی نقطه ­ای و اتم­ های بیگانه

ب- یک بعدی: مانند نابجایی ­های خطی

ج- دو بعدی: مانند نقص انباشتگی و مرزدانه

د- سه بعدی: مانند جدایش، حفرات ریز حجمی، مک، ترک و مجموعه­ ای از عیوب نقطه­ ای

در آلیاژهایی که تنوع عناصر در آنها زیاد است، تقسیم و قرارگیری انواع اتم­ ها در آرایش شبکه، که به نظم شیمیایی منجر می­ گردد، از اهمیت خاصی برخوردار است. عناصر در نظم کم دامنه  و یا پردامنه  با قرار گرفتن در شبکه بلوری می­ توانند بر خواصی گوناگونی از جمله ممان­ های الکتریکی و مغناطیسی و جهت حوزه آن ها (در مواد مغناطیسی) تاثیر گذارند.

ساختار یک جسم جامد تنها شامل نقطه نظرهای هندسی در رابطه با نظم اتمی و یونی در شبکه ساختمانی نیست، بلکه به نوع اتصال و نیروی جفت شدن آن ها نیز ارتباط دارد. این بحث به ساختار الکترونی ذرات و روابط الکتریکی و مغناطیسی بین آن ها مرتبط گشته و برآیند آن ها به نوعی مبین خواص ماکروسکوپی مواد صنعتی خواهد بود.

در شکل زیر رابطه کلی خواص ماکروسکوپی مواد از امتزاج مواد، عوامل و شرایط تولید و خواص ساختاری، مشاهده می­ شود.

دانش مواد

دانش مواد یک حوزه میان رشته‌ای است که در آن رابطه بین ساختار و خواص مواد به منظور طراحی مواد جدید برای پاسخگویی به نیازهای روزافزون فناوری مواد مورد بررسی قرار می‌گیرد.

امروزه با افزایش تحقیقات در زمینه فناوری‌هایی در مقیاس نانو،مهندسی مواد به یکی از رشته‌های پیشرو در عرصه دانش بدل شده‌است.

به طور خلاصه یک مهندس مواد در اولین گام به کمک میکروسکوپ الکترونیروبشی، میکروسکوپ  الکترونی عبوری، پراش  پرتو  ایکس  یا  تجهیزات  مشابه  به  شناسایی  و  بررسی  ساختار  میکر وسکوپیک  مواد می‌پردازد.

در گام بعدی خواص مختلف مواد مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند و در  ادامه روش‌های تولید  مواد  جدید یا بهبود خواص مواد قبلی  مورد مطالعه قرار می‌گیرد و در نهایت یک  مهندس  مواد  برای کاربردهای گوناگون مشغول به انتخاب مواد مناسب می‌شود.

ماده‌های مورد مطالعه در مهندسی مواد در شش گروه مختلف شامل فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها، کامپوزیت‌ها، بیومواد و نیمه‌رساناها دسته بندی می‌شوند.

حوزه‌های پژوهشی در دانش مواد

بیومواد: موادی که به کمک سیستم‌های بیولوژیکی تولید یا در آن استفاده می‌شوند.

سراموگرافی: مطالعه میکروساختارهای دیرگدازها و مواد مورد استفاده در دماهای بالا.

متالوگرافی: علم و هنر آماده‌سازی نمونه‌های فلزی و بررسی ریزساختار میکروسکوپی آنها.

شناسایی مواد: شامل بررسی و توضیح ساختار میکروسکوپیک و ماکروسکوپک مواد  کریستالوگرافی: مطالعه چیدمان اتم‌ها در جامدات که کاربرد بسیار زیادی در تفسیر خواص فیزیکی و مکانیکی مواد دارد.

مواد الکترونیکی و مغناطیسی: موادی که در ساخت نیمه هادی‌ها، مدارهای مجتمع، دستگاه‌های  ذخیره  داده، حسگرها و نظیر آن مورد استفاده قرار می‌گیرند

گرایش‌های اصلی

نانو مواد

بیو متریال

شناسایی و انتخاب مواد

سرامیک

شکل‌دهی فلزات

ریخته‌گری

جوشکاری

استخراج فلزات

حفاظت و خوردگی

مهندسی سطح

مهندسی تکنولوژی تغیر شکل فلزات

نتیجه‌گیری
عوامل تاثیرگذار در خواص توده‌ای مواد را به صورت اجمالی و ساده شناختیم. این عوامل عبارت بودند از عناصر تشکیل دهنده مواد، ساختار مواد و ریزساختار مواد. به صورتی ساده می‌توانیم خواص توده‌ای مواد را مشابه با خصوصیات یک شهر بدانیم. عناصر تشکیل دهنده مواد به صورت مصالح بکار گرفته شده در ساختمان‌های شهر، ساختار مواد که چگونگی قرارگرفتن عناصر در کنار یکدیگر و اتصالات میان آنها را مشخص می‌کند به صورت ساختمان‌های شهر و ریزساختار که چگونگی کنار هم قرار گرفتن ساختار میکروسکوپی را معین می‌کند، به صورت الگوهای شهرسازی در نظر گرفته می‌شود. با این تشبیه خصوصیات یک شهر نه تنها به مصالح (ترکیب شیمیایی بکار رفته در آن) بلکه به معماری ساختمان‌ها(ساختار) و نحوه شهرسازی(ریزساختار) نیز بشدت وابسته خواهد بود.


برای سفارش پروپوزال به این صفحه مراجعه نمایید : سفارش پروپوزال
برای خرید پروپوزال به این صفحه مراجعه نمایید: خرید پروپوزال
برای سفارش پایان نامه به این صفحه مراجعه نمایید: سفارش پایان نامه
برای دانلود پروپوزال آماده به این صفحه مراجعه کنید: پروپوزال آماده
برای دانلود تجربیات معلمان به این صفحه مراجعه نمایید: تجربیات معلمان
برای دانلود تجربیات معلمان ابتدایی به این صفحه مراجعه نمایید: تجربیان معلمان ابتدایی
برای دانلود تجربیات آموزشی معلمان به این صفحه مراجعه نمایید: تجربیات آموزشی معلمان
برای دانلود تجربیات یک معلم به این صفحه مراجعه نمایید: تجربیات یک معلم
برای خرید پروپوزال آماده به این صفحه مراجعه نمایید: خرید پروپوزال آماده
برای خرید تحقیق به این صفحه مراجعه نمایید: خرید تحقیق
برای انجام تحقیق دانشجویی به این صفحه مراجعه نمایید: انجام تحقیق دانشجویی
برای خرید تحقیق دانشجویی به این صفحه مراجعه نمایید: خرید تحقیق دانشجویی
برای سفارش تحقیق دانشجویی به این صفحه مراجعه نمایید: سفارش تحقیق دانشجویی
برای دانلود گزارش اقدام پژوهی به این صفحه مراجعه نمایید: گزارش اقدام پژوهی

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.