علم المواد

عودة للموسوعة

فهم المواد

The Materials Science Tetrahedron, which often also includes Characterization at the center

فهم المواد Materials science أوهندسة المواد materials engineering هو حقل متعدد المجالات يتضمن خواص المادة وتطبيقاتها في مختلف ساحات الفهم والهندسة. وهذا الفهم يبحث العلاقة بين بنية المواد وخصائصها. لذلك فهويضم عناصر من القيزياء التطبيقية والكيمياء, وكذلك الهندسة الكيميائية, الميكانيكية, المدنية والكهربائية. ومع الاهتمام الإعلامي المتزايد بفهم النانو,تكنولوجيا النانوفي السنين الأخيرة, فإن فهم المواد قد أصبح في مقدمة العلوم في الكثير من الجامعات. وهوجزء هام أيضاُ من الهنسة الشرعية وهندسة المواد الشرعية, وهي دراسة المنتجات الفاشلة ومكوناتها.

كانت المواد المستخدمة في أي عصر من العصور هي ما يحدد اسم هذا العصر، فقد كان هناك العصر الحجري ، والعصر البرونزي كأمثلة على ذلك. ويعتبر فهم المواد أحد أقدم أشكال الهندسة والعلوم التطبيقية.

تاريخ وتطور فهم المواد

ولقد برع الفهماء المسلمون قديما في هذا الفهم وخصوصا فهم المعادن ومنهم: ابن سينا الذي يعتبر أول من تفهم وصنف المعادن, البيروني مؤلف كتاب "الجاهر في فهم الجواهر" الذي يفهم فهم المعادن, التيفاشي صاحب كتاب "أزهار الأفكار في جواهر الأحجار" الذي يصف فيه المعادن والأحجار الكريمة, وكذلك ابن الاكفاني مؤلف كتاب "نخب الذخائر في أحوال الجواهر".

وقد تطور فهم المواد الحديث من دراسة فهم الفلزات بالإنگليزية: metallurgy التي تطورت بدورها من مجال التعدين. وقد حدثت طفرة كبيرة في فهم علوم المواد أثناء القرن التاسع عشر عندما أثبت ويلارد گيبس حتى الخواص الديناميكية الحرارية (الثرموديناميكية) المتعلقة بالهجريب الذري في مختلف حالات المادة ترتبط بالخواص الفيزيائية للمادة، وقد اتىت الكثير من المواد الجديدة كنتيجة للسباق الفضائي، ومن بينها السبائك المعدنية ومواد الكربون والسيليكون التي تستخدم في بناء مركبات الفضاء، وقد كان فهم المواد عاملا دافعا لتطوير تقنيات لمواد أحدثت تغيرات ثورية مثل البلاستيك وأشباه الموصلات.


أساسيات علوم المواد

في فهم المواد، بدلا من البحث بشكل عشوائي عن مواد جديدة ومحاولة استكشاف خواصها،قد يكون الهدف هوفهم المواد على نحوجوهري حتى يمكن إنشاء مواد جديدةقد يكون لها الصفات المطلوبة. ويتضمن أساس فهم المواد ربط المواصفات المطلوبة والأداء النسبي لإحدى المواد في نطاق تطبيق معين ببنية الذرات وحالات المادة وذلك من خلال عملية التوصيف. أما أبرز العوامل المحددة لبنية المادة وبالتالي خواصها فهي العناصر الكيميائية المكونة لها والكيفية التي تم معالجتها من خلالها للوصول إلى الصورة النهائية. وهذه العوامل إذا تم التعامل معها معا وربطها بقوانين الديناميكا الحرارية، فهي تحكم البنية الدقيقة أوالمجهرية بالإنگليزية: microstructure للمادة وبالتالي خواصها.

عيوب المواد

وهناك مقولة قديمة في فهم المواد تقول: المواد مثل البشر، عيوبها هي التي تجعلها مثيرة للاهتمام . وتعد صناعة بلورة بدون عيوب لإحدى المواد حاليا غير ممكنة فيزيائيا. وبدلا من ذلك يقوم فهماء المواد بالتحكم في العيوب الموجودة في المواد المتبلورة ، بالإنگليزية: crystalline materials، وهذه العيوب مثل الرواسب وحدود الحبيبات بالإنگليزية: grain boundaries والذرات الدخيلة بالإنگليزية: interstitial atoms والفجوات بالإنگليزية: vacancies أوالذرات التبديلية بالإنگليزية: substitutional atoms، وذلك من أجل تكوين موادقد يكون لها الخواص المطلوبة.

بنية المواد

وليس لجميع المواد هجريب بلوري منتظم ، فالفلزات كلها متبلورة عند تجمدها في ظروف تبريد عادية ، أما اللدائن فيبدوعليها درجات مختلفة من التبلور، أما الزجاجيات وبعض أنواع الخزفيات والكثير من المواد الطبيعية هي غير متبلورة بالإنگليزية: amorphous وليس لديها أي تنظيم طويل المدى في التشكيل الذري، وهذه المواد أصعب كثيرا في معالجتها وتشكيلها أكثر من المواد المتبلورة.

تقسيم المواد

ويمكن تقسيم المواد عامة إلى ثلاثة أقسام هي: الفلزات والبوليمرات والخزفيات (السيراميك). وكل قسم له خواصه الفيزيائية والكيميائية المميزة.

طبقات المواد (حسب نوع الرابطة)

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. فهم الفلزات
  4. فلزات
  5. Intermetallics
  6. Semiconductors
  7. پوليمرات
  8. Composite materials
  9. Vitreous materials

فروع فهم المواد

  • 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, thermal 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 are derived from and/or used with biological systems.
  • 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/Catalysis – interactions and structures between solid-gas solid-liquid or solid-solid interfaces.
  • Ceramography – the study of the microstructures of high-temperature materials and refractories, 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.
  • Forensic engineering – the study of how products fail, and the vital role of the materials of construction
  • Forensic materials engineering – the study of material failure, and the light it sheds on how engineers specify materials in their products


الموضوعات التي تشكل أساس فهم المواد

  • Thermodynamics, statistical mechanics, kinetics and كيمياء فيزيائية, for phase stability, transformations (physical and chemical) and diagrams.
  • فهم البلورات and chemical bonding, for understanding how atoms in a material are arranged.
  • Mechanics, to understand the mechanical properties of materials and their structural applications.
  • فيزياء الجوامد 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.

دوريات هامة

  • Chemistry of Materials
  • Nature Materials
  • 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
  • Journal of Materials Research
  • Journal of Materials Science
  • Federation of European Materials Science Societies Newsletter
  • AMMTIAC eNews/Quarterly Advanced materials, manufacturing, and testing. (Free subscription)

انظر أيضاً

  • Timeline of materials technology
  • Bio-based materials
  • Biomaterial
  • Liquid crystal
  • Molecular modelling
  • Important publications in materials science
  • List of scientific journals - Materials science
  • List of publications in physics - Materials physics
  • List of surface analysis methods
  • List of thermal analysis methods

خط

  • Askeland, Donald R. (2005). The Science & Engineering of Materials (5th edition ed.). Thomson-Engineering. ISBN 0-534-55396-6. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)CS1 maint: extra text (link)
  • Gaskell, David R. (1995). Introduction to the Thermodynamics of Materials (4th edition ed.). Taylor and Francis Publishing. ISBN 1-56032-992-0.CS1 maint: extra text (link)
  • 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 ed.). Princeton University Press. ISBN 0-691-02380-8.CS1 maint: extra text (link)
  • Callister, Jr., William D. (2000). Materials Science and Engineering - An Introduction (5th edition ed.). John Wiley and Sons. ISBN 0-471-32013-7.CS1 maint: extra text (link)
  • Walker, Peter (Ed), (1993) Chambers Dictionary of Materials Science and Technology, Chambers Publishing, ISBN-10: 055013249X
  • Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K and Gagg, C, Forensic Materials Engineering: Case Studies, CRC Press (2003).


المصادر

  • Timeline of Materials Science at The Minerals, Metals & Materials Society (TMS) - Accessed March 2007


تاريخ النشر: 2020-06-07 11:44:58
التصنيفات: Pages with citations using unsupported parameters, CS1 maint: extra text, علم المواد, Building engineering

مقالات أخرى من الموسوعة

سحابة الكلمات المفتاحية، مما يبحث عنه الزوار في كشاف:

آخر الأخبار حول العالم

اتحاد الكرة يسابق الزمن لوجود تقنية الفار فى نهائى كأس مصر

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:17
مستوى الصحة: 53% الأهمية: 65%

التضامن: ورشة تدريبية لمدة يومين حول «مبادئ التأهيل والإرشاد الوظيفي»

المصدر: بوابة أخبار اليوم - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:03
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 56%

نتائج قرعة نصف نهائي كأس الكونفدرالية الإفريقية

المصدر: صوت الأمة - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:57
مستوى الصحة: 54% الأهمية: 58%

الرئاسة التركية تحذر خطر استخدام الأسلحة النووية التكتيكية

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:16
مستوى الصحة: 55% الأهمية: 53%

الوداد ينجو من الهزيمة أمام الرجاء في “الديربي البيضاوي”

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:11
مستوى الصحة: 67% الأهمية: 73%

الحارون مديرا لتموين جنوب سيناء

المصدر: بوابة أخبار اليوم - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:05
مستوى الصحة: 56% الأهمية: 69%

وزير فلسطينى يُحذر الاحتلال الإسرائيلى من تفجير الأوضاع بالمنطقة

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:18
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 70%

الجيش الملكي يواجه اتحاد العاصمة الجزائري في كأس “الكاف”

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:29
مستوى الصحة: 72% الأهمية: 80%

خبير تحكيمى يكشف مدى صحة قرارات حكم مباراة الأهلى وغزل المحلة

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:28
مستوى الصحة: 56% الأهمية: 59%

وزارة الهجرة تدعو الطلبة العائدين من أوكرانيا إلى إرسال بياناتهم

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:20
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 54%

استبعاد البنا من إدارة مباراة نهائى كأس مصر وثلاثة حكام مرشحين

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:26
مستوى الصحة: 47% الأهمية: 58%

محافظ جنوب سيناء يتابع الاستعدادات النهائية لبدء مهرجان الهجن

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:23
مستوى الصحة: 53% الأهمية: 65%

طقس الخميس.. أجواء غائمة مع أمطار بمناطق من المملكة

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:08
مستوى الصحة: 66% الأهمية: 82%

موعد شم النسيم رسميًا والإجازات الرسمية المتبقية فى شهر أبريل 2023

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:22
مستوى الصحة: 52% الأهمية: 66%

السياحة تبحث زيادة مقاعد الطيران القادمة من التنين الأحمر

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:23
مستوى الصحة: 52% الأهمية: 70%

وفاة الوزير الاتصال الأسبق وسفير المغرب بالأردن خالد الناصري

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:26
مستوى الصحة: 72% الأهمية: 72%

أراوخو: الهزيمة برباعية أمام ريال مدريد تؤلمنا

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:28
مستوى الصحة: 53% الأهمية: 60%

اعرف الزيادة.. موعد صرف مرتبات شهر أبريل 2023 بعد تبكيرها

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:15
مستوى الصحة: 49% الأهمية: 55%

وزير الزراعة يكلف بمتابعة زراعات القمح والحقول الإرشادية بالدقهلية

المصدر: موقع الدستور - مصر التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:21:21
مستوى الصحة: 49% الأهمية: 51%

محاكمة دونالد ترامب: هل يمكن تحويلها إلى دعاية انتخابية؟

المصدر: الأيام 24 - المغرب التصنيف: سياسة
تاريخ الخبر: 2023-04-06 06:20:16
مستوى الصحة: 64% الأهمية: 77%

تحميل تطبيق المنصة العربية