Fast

kræfterne mellem atomerne i et fast stof kan antage forskellige former. For eksempel består en krystal af natriumchlorid (almindeligt salt) af ionisk natrium og chlor, som holdes sammen af ionbindinger. I diamant eller silicium deler atomerne elektroner og danner kovalente bindinger. I metaller deles elektroner i metallisk binding. Nogle faste stoffer, især de fleste organiske forbindelser, holdes sammen med van der .aals kræfter som følge af polariseringen af den elektroniske ladningssky på hvert molekyle., Forskellene mellem de faste typer skyldes forskellene mellem deres binding.

MetalsEdit

metaller er typisk stærke, tætte og gode ledere af både elektricitet og varme. Hovedparten af elementerne i det periodiske system, dem til venstre for en diagonal linje trukket fra bor til polonium, er metaller.,Blandinger af to eller flere elementer, hvori hovedkomponenten er et metal, kaldes legeringer.

folk har brugt metaller til forskellige formål siden forhistorisk tid.Styrken og pålideligheden af metaller har ført til deres udbredte anvendelse i opførelse af bygninger og andre strukturer såvel som i de fleste køretøjer, mange apparater og værktøjer, rør, vejskilte og jernbanespor. Jern og aluminium er de to mest almindeligt anvendte strukturelle metaller. De er også de mest rigelige metaller i jordskorpen., Jern bruges mest i form af en legering, stål, der indeholder op til 2,1% kulstof, hvilket gør det meget sværere end rent jern.

da metaller er gode ledere af elektricitet, er de værdifulde i elektriske apparater og til at bære en elektrisk strøm over lange afstande med lidt energitab eller spredning. Således er elektriske elnet afhængige af metalkabler for at distribuere elektricitet. Hjem elektriske systemer, for eksempel, er kablet med kobber for sine gode ledende egenskaber og nem bearbejdelighed., Den høje termiske ledningsevne af de fleste metaller gør dem også nyttige til kogeplader.

undersøgelsen af metalliske elementer og deres legeringer udgør en betydelig del af felterne inden for faststofkemi, fysik, materialevidenskab og teknik.

metalliske faste stoffer holdes sammen af en høj densitet af delte, delokaliserede elektroner, kendt som “metallisk binding”. I et metal mister atomer let deres yderste (“valens”) elektroner, der danner positive ioner., De frie elektroner spredes over hele det faste stof, som holdes fast sammen af elektrostatiske interaktioner mellem ionerne og elektronskyen. Det store antal frie elektroner giver metaller deres høje værdier af elektrisk og termisk ledningsevne. De frie elektroner forhindrer også transmission af synligt lys, hvilket gør metaller uigennemsigtige, skinnende og skinnende.

mere avancerede modeller af metalegenskaber overveje effekten af de positive ioner kerner på de delokaliserede elektroner. Da de fleste metaller har krystallinsk struktur, er disse ioner normalt arrangeret i et periodisk gitter., Matematisk kan ionkernernes potentiale behandles af forskellige modeller, den enkleste er den næsten frie elektronmodel.

MineralsEdit

mineraler er naturligt forekommende faste stoffer dannet gennem forskellige geologiske processer under højt tryk. For at blive klassificeret som et ægte mineral skal et stof have en krystalstruktur med ensartede fysiske egenskaber overalt., Mineraler spænder i sammensætning fra rene elementer og enkle salte til meget komplekse silikater med tusindvis af kendte former. I modsætning hertil er en stenprøve et tilfældigt aggregat af mineraler og / eller mineraloider og har ingen specifik kemisk sammensætning. Langt de fleste af de klipper, af Jordens skorpe består af kvarts (krystallinsk SiO2), feldspat, glimmer, chlorit, kaolin, calcit, epidote, olivin, augite, hornblende, magnetit, hæmatit, limonit og et par andre mineraler. Nogle mineraler, som kvarts, glimmer eller feldspat er almindelige, mens andre kun er fundet på få steder over hele verden., Den største gruppe af mineraler langt er silikater (de fleste sten er 95 95% silikater), som hovedsageligt består af silicium og ilt, med tilsætning af ioner af aluminium, magnesium, jern, calcium og andre metaller.

CeramicsEdit

Keramisk faste stoffer, der består af uorganiske forbindelser, som regel oxider af kemiske elementer., De er kemisk inerte og er ofte i stand til at modstå kemisk erosion, der forekommer i et surt eller kaustisk miljø. Keramik kan generelt modstå høje temperaturer fra 1000 til 1600.C (1800 til 3000. f). Undtagelser omfatter ikke-o .id uorganiske materialer, såsom nitrider, borider og carbider.

traditionelle keramiske råmaterialer omfatter lermineraler såsom kaolinit, nyere materialer omfatter aluminiumo .id (aluminiumo .id). De moderne keramiske materialer, der er klassificeret som avanceret keramik, omfatter siliciumcarbid og tunolframcarbid., Begge er værdsat for deres slidstyrke, og dermed finde anvendelse i sådanne anvendelser som slid plader af knusning udstyr i minedrift.

de Fleste keramiske materialer, såsom aluminium og dets forbindelser er dannet af fint pudder, der giver en finkornet polykrystallinske mikrostruktur, der er fyldt med lys-spredning centre svarende til bølgelængden af synligt lys. Således er de generelt uigennemsigtige materialer i modsætning til gennemsigtige materialer. Seneste nanoskala (f. eks, sol-gel) teknologi har imidlertid gjort det muligt at fremstille polykrystallinsk transparent keramik såsom transparent aluminiumo .id og aluminiumo .idforbindelser til sådanne anvendelser som højeffektlasere. Avanceret keramik anvendes også inden for medicin -, el-og elektronikindustrien.

keramisk teknik er videnskaben og teknologien til at skabe solide keramiske materialer, dele og enheder. Dette gøres enten ved hjælp af varme eller ved lavere temperaturer ved anvendelse af udfældningsreaktioner fra kemiske opløsninger., Udtrykket omfatter rensning af råmaterialer, undersøgelse og produktion af de pågældende kemiske forbindelser, deres dannelse i komponenter og undersøgelse af deres struktur, sammensætning og egenskaber.mekanisk set er keramiske materialer sprøde, hårde, stærke i kompression og svage i klipning og spænding. Sprøde materialer kan udvise betydelig trækstyrke ved at understøtte en statisk belastning., Sværhedsgraden angiver hvor meget energi et materiale, der kan absorbere, før mekanisk svigt, mens sejhed (angivet Vif ) beskriver evnen af materialer med iboende mikrostrukturelle fejl til at modstå brud via crack vækst og formering. Hvis et materiale har en stor værdi af brudstyrke, antyder de grundlæggende principper for brudmekanik, at det sandsynligvis vil gennemgå duktilt brud. Skør fraktur er meget karakteristisk for de fleste keramiske og glaskeramiske materialer, der typisk udviser lave (og inkonsekvente) værdier af KIc.,

for et eksempel på anvendelser af keramik anvendes den ekstreme hårdhed afircirconia til fremstilling af knivblade samt andre industrielle skæreværktøjer. Keramik såsom aluminiumo .id, borcarbid og siliciumcarbid er blevet brugt i skudsikre veste til at afvise riffelbrand med stor kaliber. Siliciumnitriddele anvendes i keramiske kuglelejer, hvor deres høje hårdhed gør dem slidstærke. Generelt er keramik også kemisk resistent og kan bruges i våde miljøer, hvor stållejer ville være modtagelige for O .idation (eller rust).,

Som et andet eksempel på keramikfremstilling, i begyndelsen af 1980’erne, Toyota forsket produktion af en adiabatisk keramiske motor med en driftstemperatur på over 6000 °F (3.300 °C). Keramiske motorer kræver ikke et kølesystem og tillader derfor en større vægtreduktion og derfor større brændstofeffektivitet. I en konventionel metalmotor skal meget af den energi, der frigives fra brændstoffet, spredes som spildvarme for at forhindre en nedsmeltning af de metalliske dele. Der arbejdes også med at udvikle keramiske dele til gasturbinemotorer., Turbinemotorer lavet med keramik kunne fungere mere effektivt, hvilket giver fly større rækkevidde og nyttelast for en bestemt mængde brændstof. Sådanne motorer er imidlertid ikke i produktion, fordi fremstillingen af keramiske dele i tilstrækkelig præcision og holdbarhed er vanskelig og dyr. Behandlingsmetoder resulterer ofte i en bred fordeling af mikroskopiske fejl, der ofte spiller en skadelig rolle i sintringsprocessen, hvilket resulterer i spredning af revner og ultimativ mekanisk svigt.,

glas ceramicsEdit

glaskeramiske materialer deler mange egenskaber med både Ikke-krystallinske briller og krystallinsk keramik. De dannes som et glas og krystalliseres derefter delvist ved varmebehandling, hvilket producerer både amorfe og krystallinske faser, så krystallinske korn er indlejret i en ikke-krystallinsk intergranulær fase.,

glaskeramik bruges til at fremstille Køkkengrej (oprindeligt kendt under mærkenavnet Corning )are) og komfurer, der både har høj modstand mod termisk stød og ekstremt lav permeabilitet for væsker. Den negative termiske udvidelseskoefficient for den krystallinske keramiske fase kan afbalanceres med den glasagtige fases positive koefficient. På et bestemt tidspunkt (~70% krystallinsk) har glaskeramikken en nettokoefficient for termisk ekspansion tæt på nul. Denne type glaskeramik udviser fremragende mekaniske egenskaber og kan opretholde gentagne og hurtige temperaturændringer op til 1000 C. C.,

glaskeramik kan også forekomme naturligt, når lynnedslag rammer de krystallinske (f.eks. kvartskorn), der findes i de fleste strandsand. I dette tilfælde skaber lynets ekstreme og øjeblikkelige varme (~2500.C) hule, forgrenende rodlignende strukturer kaldet fulgurite via fusion.

Økologisk solidsEdit

Organisk kemi undersøgelser, struktur, egenskaber, sammensætning, reaktioner, og udarbejdelse af syntese (eller andre former) af kemiske forbindelser af kulstof og brint, som kan indeholde en række andre elementer, såsom kvælstof, ilt og halogener: fluor, chlor, brom og jod. Nogle organiske forbindelser kan også indeholde elementerne fosfor eller svovl. Eksempler på organiske faste stoffer omfatter træ, paraffinvoks, naphthalen og en lang række polymerer og plast.,

Woodoodedit

træ er et naturligt organisk materiale, der primært består af cellulosefibre indlejret i en Matri.af lignin. Med hensyn til mekaniske egenskaber er fibrene stærke i spænding, og lignin-Matri .en modstår kompression. Træ har således været et vigtigt byggemateriale, siden mennesker begyndte at bygge krisecentre og bruge både. Træ, der skal bruges til byggearbejde, er almindeligt kendt som tømmer eller træ. I konstruktion er træ ikke kun et strukturelt materiale, men bruges også til at danne støbeformen til beton.,

træbaserede materialer anvendes også i vid udstrækning til emballering (f.eks. pap) og papir, som begge er skabt af den raffinerede pulp. De kemiske pulping processer bruger en kombination af høj temperatur og alkaliske (kraft) eller sure (sulfit) kemikalier til at bryde lignins kemiske bindinger, før de brændes ud.

PolymersEdit

En vigtig egenskab af kulstof i organisk kemi er, at det kan danne visse forbindelser, den enkelte molekyler, som er i stand til at knytte sig til hinanden, og derved danner en kæde eller et netværk. Processen kaldes polymerisation og kæder eller netværk polymerer, mens kildeforbindelsen er en monomer. Der findes to hovedgrupper af polymerer: de kunstigt fremstillede kaldes industripolymerer eller syntetiske polymerer (plast) og dem, der naturligt forekommer som biopolymerer.,

Monomerer, som kan have forskellige kemiske substituenter, eller funktionelle grupper, som kan påvirke de kemiske egenskaber af organiske forbindelser, såsom opløselighed og kemisk reaktivitet, samt de fysiske egenskaber, så som hårdhed, massefylde, mekanisk eller trækstyrke, slidstyrke, varmebestandighed, gennemsigtighed, farve, etc.. I proteiner giver disse forskelle polymeren evnen til at vedtage en biologisk aktiv konformation frem for andre (se selvmontering).

folk har brugt naturlige organiske polymerer i århundreder i form af voks og shellak, som er klassificeret som en termoplastisk polymer. En plantepolymer ved navn cellulose tilvejebragte trækstyrken for naturlige fibre og reb, og i begyndelsen af det 19.århundrede var naturgummi i udbredt brug. Polymerer er råmaterialerne (harpikserne), der bruges til at fremstille det, der ofte kaldes plast. Plast er det endelige produkt, der dannes efter at en eller flere polymerer eller additiver er blevet tilsat til en harpiks under forarbejdning, som derefter formes til en endelig form., Polymerer, der har eksisteret, og som er i nuværende udbredt anvendelse, omfatter kulstofbaseret polyethylen, polypropylen, polyvinylchlorid, polystyren, nyloner, polyestere, akryl, polyurethan og polycarbonater og siliciumbaserede silikoner. Plast er generelt klassificeret som” råvare”,” speciale “og” engineering ” plast.,

Composite materialsEdit

Komposit materialer, der indeholder to eller flere makroskopiske faser, hvoraf den ene er ofte keramik. For eksempel en kontinuerlig Matri.og en dispergeret fase af keramiske partikler eller fibre.,

Programmer af “komposit” materialer, der spænder fra strukturelle elementer, såsom stål-armeret beton, til termisk isolerende fliser, der spiller en central og integreret rolle i NASA ‘ s Space Shuttle thermal protection system, som bruges til at beskytte overfladen af transport til og fra varmen i re-entry i Jordens atmosfære. Et eksempel er Forstærket Carbon-Carbon (RCC), lys grå materiale, der tåler reentry temperaturer op til 1510 °C (2750 °F) og beskytter næse cap og forkanter af Space Shuttle ‘ s vinger., RCC er et lamineret kompositmateriale fremstillet af grafit rayon klud og imprægneret med en phenolharpiks. Efter hærdning ved høj temperatur i en autoklave, laminat er pyroliserede at konvertere harpiks til carbon, der er imprægneret med furfural alkohol i et lufttomt kammer, og helbredt/pyroliserede at konvertere furfural alkohol til kulstof. For at tilvejebringe o .idationsbestandighed til genanvendelseskapacitet omdannes de ydre lag af RCC til siliciumcarbid.

indenlandske eksempler på kompositter kan ses i “plastik” hylstre af fjernsynsapparater, mobiltelefoner og så videre., Disse plastkasser er normalt en komposit bestående af en termoplastisk Matri., såsom acrylonitrilbutadienstyren (ABS), hvor calciumcarbonatkalk, talkum, glasfibre eller carbonfibre er blevet tilsat for styrke, bulk eller elektrostatisk dispersion. Disse tilsætninger kan betegnes som forstærkende fibre, eller dispergeringsmidler, afhængigt af deres formål.

således omgiver og understøtter Matri materialmaterialet forstærkningsmaterialerne ved at opretholde deres relative positioner. Forstærkningerne giver deres specielle mekaniske og fysiske egenskaber for at forbedre Matri propertiesegenskaberne., En synergisme producerer materialeegenskaber utilgængelige fra de enkelte bestanddele materialer, mens den brede vifte af Matri.og styrke materialer giver designeren med valget af en optimal kombination.

Halvlederrediger

Halvledere er materialer, der har en elektrisk modstand (og ledningsevne) mellem metalliske ledere og ikke-metalliske isolatorer., De kan findes i det periodiske bord, der bevæger sig diagonalt nedad lige fra bor. De adskiller de elektriske ledere (eller metaller til venstre) fra isolatorerne (til højre).

enheder fremstillet af halvledermaterialer er grundlaget for moderne elektronik, herunder radio, computere, telefoner mv. Halvlederkomponenter omfatter transistoren, solceller, dioder og integrerede kredsløb. Solcellepaneler er store halvlederenheder, der direkte konverterer lys til elektrisk energi.,

i en metallisk leder bæres strømmen af elektroner”, men i halvledere kan strømmen bæres enten af elektroner eller af de positivt ladede “huller” i materialets elektroniske båndstruktur. Almindelige halvledermaterialer omfatter silicium, germanium og galliumarsenid.

NanomaterialsEdit

Mange af de traditionelle faste stoffer har forskellige egenskaber når de skrumpe ind til nanometer størrelser., For eksempel, nanopartikler af normalt gul guld og grå silicium er rød i farven; nanopartikler af guld smelter ved meget lavere temperaturer (~300 °C i 2,5 nm størrelse) end guld plader (1064 °C); og metallisk nanotråde er meget stærkere end den tilsvarende bulk metaller. Nanopartiklernes høje overfladeareal gør dem yderst attraktive til visse anvendelser inden for energi. For eksempel kan platinmetaller give forbedringer som bilbrændstofkatalysatorer samt protonbytningsmembran (PEM) brændselsceller., Også keramiske o .ider (eller cermets) af lanthan, cerium, mangan og nikkel udvikles nu som faste o .idbrændselsceller (SOFC). Lithium, lithium-titan og tantal nanopartikler bliver anvendt i lithium-ion-batterier. Silicium nanopartikler har vist sig at dramatisk udvide lagerkapaciteten af lithium – ion-batterier under ekspansion/sammentrækning cyklus. Silicium nanotråde cyklus uden væsentlig nedbrydning og præsentere potentialet for brug i batterier med stærkt udvidede opbevaringstider. Silicon nanopartikler bruges også i nye former for solenergiceller., Tynd filmaflejring af siliciumkvantepunkter på det polykrystallinske siliciumsubstrat i en fotovoltaisk (sol) celle øger spændingsudgangen så meget som 60% ved at fluorescere det indkommende lys inden indfangning. Også her spiller overfladearealet af nanopartiklerne (og tynde film) en kritisk rolle i at maksimere mængden af absorberet stråling.,

BiomaterialsEdit

Mange naturlige (eller biologisk) materialer, der er komplekse kompositter med bemærkelsesværdige mekaniske egenskaber. Disse komplekse strukturer, der er steget fra hundreder af millioner års evolution, er inspirerende materialeforskere i design af nye materialer. Deres definerende egenskaber omfatter strukturelle hierarki, multifunktionalitet og selvhelbredende evne., Selvorganisering er også et grundlæggende træk ved mange biologiske materialer og den måde, hvorpå strukturerne samles fra molekylært niveau op. Således fremstår selvmontering som en ny strategi i den kemiske syntese af højtydende biomaterialer.