Solid

krefter mellom atomene i en solid kan ta en rekke former. For eksempel, en krystall av natriumklorid (vanlig salt) består av ioniske natrium og klor, som holdes sammen av ioniske bindinger. I diamant eller silisium, atomene dele elektroner og danne covalent obligasjoner. I metaller, elektroner er delt i metallisk binding. Noen faste stoffer, spesielt de fleste organiske forbindelser, holdt sammen med van der Waals krefter som følge av polariseringen av elektroniske lade cloud på hvert molekyl., Den dissimilarities mellom typer av solid resultat fra forskjellene mellom deres binding.

MetalsEdit

Metaller vanligvis er sterke, tette og gode ledere for både elektrisitet og varme. Mesteparten av elementene i det periodiske system, de til venstre for en diagonal linje trukket fra boron å polonium, er metaller.,Blandinger av to eller flere elementer som viktig komponent er et metall som er kjent som legeringer.

Folk har vært å bruke metaller for en rekke formål siden forhistorisk tid.Styrke og reliability av metaller har ført til sin utbredt bruk i konstruksjon av bygninger og andre strukturer, så vel som i de fleste biler, mange apparater og verktøy, rør, skilt og togskinner. Jern og aluminium er de to mest brukte strukturelle metaller. De er også den mest tallrike metaller i jordskorpen., Strykejern er mest brukt i form av en aluminium, stål, som inneholder opp til 2,1% karbon, noe som gjør det mye vanskeligere enn rent jern.

Fordi metaller er gode ledere av elektrisitet, de er verdifulle i elektriske apparater og for å bære en elektrisk strøm over lange avstander med lite energi tap eller ødsling. Dermed, elektriske kraftnett stole på metall-kabler for å distribuere strøm. Hjem elektriske systemer, for eksempel, er kablet med kobber for sin gode å gjennomføre egenskaper og lett machinability., Høy termisk ledningsevne av de fleste metaller, som også gjør dem nyttig for stovetop kjøkkenutstyr.

studier av metalliske elementer og deres legeringer utgjør en betydelig del av feltene av solid-state-kjemi, fysikk, materialteknologi.

Metallic faste stoffer er holdt sammen av en høy tetthet av felles, delocalized elektroner, kjent som «metallic bonding». I et metall, atomer lett miste sin ytterste («valence») elektroner og danner positive ioner., De frie elektronene er fordelt over hele solid, noe som er holdt godt sammen av elektrostatiske interaksjoner mellom ioner og elektroner skyen. Det store antall frie elektroner gir metaller sin høye verdier av elektrisk og termisk konduktivitet. Frie elektroner også hindre overføring av synlig lys, noe som gjør metaller ugjennomsiktig, skinnende og glansfullt.

Mer avanserte modeller av metall egenskaper vurdere effekten av positive ioner kjerner på delocalised elektroner. Som de fleste metaller har krystallinsk struktur, disse ionene er vanligvis arrangert i periodiske gitter., Matematisk sett er potensialet av ion-kjerner kan behandles av ulike modeller, den enkleste være nesten gratis elektron-modell.

MineralsEdit

Mineraler er naturlig forekommende faste stoffer dannet gjennom ulike geologiske prosesser under høyt trykk. For å bli klassifisert som en sann mineral, et stoff må ha en krystallstruktur med uniform fysiske egenskaper gjennom hele., Mineraler varierer i sammensetning fra ren elementer og enkle salter til svært komplekse silikater med tusenvis av kjente former. I motsetning, en rock eksempel er en tilfeldig ansamling av mineraler og/eller mineraloids, og har ingen spesifikke kjemiske sammensetning. Det store flertallet av bergarter i jordskorpen består av kvarts (krystallinsk SiO2), feldspar, glimmer, chlorite, kaolin, kalsitt, epidote, olivin, augite, hornblende, magnetitt, hematite, limonite og noen andre mineraler. Noen mineraler som kvarts, glimmer eller feldspar er vanlige, mens andre har blitt funnet i kun et par steder over hele verden., Den største gruppen av mineraler langt er silikater (de fleste bergarter er ≥95% silikater), som består hovedsakelig av silisium og oksygen, med tillegg av ioner av aluminium, magnesium, jern, kalsium og andre metaller.

CeramicsEdit

Keramiske faste stoffer består av uorganiske forbindelser, vanligvis oksider av kjemiske elementer., De er kjemisk inert, og ofte er i stand til å motstå kjemisk erosjon som oppstår i sure eller etsende miljø. Keramikk generelt kan tåle høye temperaturer alt fra 1000 til 1600 °C (1800 3000 °F). Unntakene omfatter ikke-oksid uorganiske materialer, for eksempel nitrides, borides og karbider.

Tradisjonell keramisk råstoff inkluderer leire mineraler som kaolinite, nyere materialer inkluderer aluminium oksid (alumina). Den moderne keramiske materialer, som er klassifisert som avansert keramikk, inkluderer silisiumkarbid og wolframkarbid., Begge er verdsatt for sin slitestyrke, og dermed finne bruk i slike programmer som slitasje plater av knusende utstyr i gruvedriften.

de Fleste keramiske materialer, som for eksempel alumina og dets forbindelser, er dannet av fine partikler, noe som gir en finkornet polykrystallinsk mikrostrukturen som er fylt med lys-spredning sentre sammenlignes med bølgelengden til synlig lys. Dermed, de er generelt opake materialer, i motsetning til gjennomsiktige materialer. Siste nanoskala (f.eks., sol-gel) – teknologi har imidlertid gjort mulig produksjon av polykrystallinsk gjennomsiktig keramikk, slik som gjennomsiktig og alumina alumina forbindelser for slike programmer som high-power lasere. Avansert keramikk er også brukt i medisin, elektriske og elektroniske bransjer.

Ceramic engineering er vitenskap og teknologi for å skape solid-state-keramiske materialer, deler og utstyr. Dette er gjort enten ved handlingen av varme, eller ved lavere temperaturer, bruker nedbør reaksjoner fra kjemiske løsninger., Begrepet omfatter rensing av råvarer, studier og produksjon av kjemiske forbindelser som er opptatt av, deres dannelse i komponenter, og studiet av deres struktur, sammensetning og egenskaper.

Mekanisk sett, keramiske materialer er sprø, hard, sterk i kompresjon og svake i klipping og spenning. Sprø materialer, kan gi betydelig strekkfasthet ved å støtte en statisk belastning., Seighet angir hvor mye energi et materiale som kan absorbere før mekanisk svikt, mens brudd seighet (merket KIc ) beskriver den evnen et materiale med iboende microstructural feil å motstå brudd via sprekk vekst og forplantning. Dersom materialet har stor verdi for brudd seighet, de grunnleggende prinsippene for bruddmekanikk tyder på at det vil mest sannsynlig gjennomgå smidig brudd. Sprø brudd er veldig karakteristisk for de fleste keramikk og glass-keramiske materialer som vanligvis viser lave (og inkonsekvent) verdier av KIc.,

For et eksempel på anvendelser av keramikk, den ekstreme hardhet av zirconia er benyttet i framstillingen av knivblader, samt andre industrielle skjærende verktøy. Keramikk som alumina, boron carbide og silisiumkarbid har vært brukt i skuddsikkert vester å frastøte stor-kaliber rifle brann. Silicon nitride deler er brukt i keramiske kulelager, hvor deres høy hardhet gjør dem slitesterkt. Generelt, keramikk er også kjemisk motstandsdyktig og kan brukes i våte miljøer der stål lagrene ville bli utsatt for oksidasjon (eller rust).,

Som et annet eksempel på keramiske programmer, tidlig på 1980-tallet, Toyota forsket på produksjon av en adiabatic keramiske motor med en temperatur på over 6000 °F (3300 °C). Keramiske motorer som ikke krever kjøling, og dermed tillate en større vektreduksjon og derfor bedre drivstofføkonomi. I en tradisjonell metallic-motor, mye av energien som frigis fra drivstoff må være borte som avfall varme for å hindre en nedsmelting av metalldeler. Arbeidet er også blitt gjort i utviklingen av keramiske deler for gass turbin motorer., Turbin motorer laget med keramikk kunne operere mer effektivt, noe som gir flyet større utvalg og nyttelast for en angitt mengde drivstoff. Slike motorer er ikke i produksjon, men fordi produksjon av keramiske deler i tilstrekkelig presisjon og holdbarhet er vanskelig og kostbart. Bearbeidingsmetoder ofte resultere i en bred distribusjon av mikroskopiske feil som ofte spiller en negativ rolle i sintring prosessen, noe som resulterer i spredning av sprekker, og ultimate mekanisk svikt.,

Glass ceramicsEdit

Glass-keramiske materialer som deler mange egenskaper med både ikke-krystallinske briller og krystallinsk keramikk. De er dannet som en glassplate, og da delvis krystallisert ved varmebehandling, og produserer både amorfe og krystallinsk faser, slik at krystallinsk korn som er forankret i en ikke-krystallinske intergranular fase.,

Glass-keramikk er brukt til å lage kokekar (opprinnelig kjent under merkenavnet CorningWare) og komfyrtopp som har både høy motstand mot termisk sjokk og en ekstremt lav permeabilitet for å væsker. Negativ koeffisient av termisk ekspansjon av det krystallinske keramiske fase kan være balansert med positiv koeffisient av glassaktig fase. På et visst punkt (~70% krystallinsk) glass-keramiske har en netto koeffisient av termisk ekspansjon nær null. Denne typen glass-keramiske utstillinger gode mekaniske egenskaper og som kan opprettholde gjentatt og raske temperaturendringer opp til 1000 °C.,

Glass og keramikk kan også forekomme naturlig når lynnedslag krystallinsk (f.eks. kvarts) korn som finnes i de fleste sand. I dette tilfellet, det ekstreme, og en øyeblikkelig varme av lyn (~2500 °C) lager hule, forgrening rootlike strukturer kalt fulgurite via fusjon.

Organisk solidsEdit

Organisk kjemi omfatter struktur, egenskaper, sammensetning, reaksjoner, og utarbeidelse av syntese (eller andre midler) av kjemiske forbindelser av karbon og hydrogen, som kan inneholde en rekke andre elementer, slik som nitrogen, oksygen og halogener: fluor, klor, brom og jod. Noen organiske stoffer kan også inneholde elementer fosfor eller svovel. Eksempler på organisk tørrstoff inkluderer tre, parafinvoks, svømmeplass og et bredt utvalg av polymerer og plast.,

WoodEdit

Tre er et naturlig organisk materiale som består først og fremst av cellulosefibrer som er innebygd i en matrise av lignin. Om mekaniske egenskaper, fibrene er sterk i spenning, og lignin matrix motstår komprimering. Dermed tre har vært en viktig konstruksjon materiale siden menneskene begynte å bygge tilfluktsrom og bruk av båter. Tre som skal brukes for anleggsarbeid er kjent som trelast og tømmer. I bygg og anlegg, tre er ikke bare et strukturelt materiale, men er også brukt til å danne formen for betong.,

trebaserte materialer er også mye brukt for emballasje (f.eks papp) og papir, som er både laget fra raffinert papirmasse. Den kjemiske pulping prosessene som bruker en kombinasjon av høy temperatur og alkalisk (kraft) eller sure (sulfite) kjemikalier for å bryte kjemiske bindinger av lignin før du brenner den ut.

PolymersEdit

En viktig egenskap av karbon i organisk kjemi er at det kan danne visse forbindelser, den enkelte molekyler som er i stand til å feste seg til hverandre, og dermed danner en kjede eller et nettverk. Prosessen kalles polymerisasjon og kjeder eller nettverk polymerer, mens kilden forbindelsen er en monomer. To hovedgrupper av polymerer finnes: de som er kunstig produsert er referert til som industrielle polymerer eller syntetiske polymerer (plast) og de som er naturlig forekommende som biopolymers.,

Monomers kan ha ulike kjemiske substituenter, eller funksjonelle grupper, noe som kan påvirke kjemiske egenskaper av organiske molekyler, slik som vann og kjemisk reaktivitet, så vel som det fysiske egenskaper, som for eksempel hardhet, tetthet, mekanisk eller strekkfasthet, slitestyrke, varme motstand, gjennomsiktighet, farge, osv.. I proteiner er disse forskjellene gir polymer muligheten til å vedta en biologisk aktive konformasjon i innstillingen til andre (se self-assembly).

Folk som har vært ved bruk av naturlige, organiske polymerer i århundrer i form av voks og skjellakk, som er klassifisert som en termoplastisk polymer. En plante polymer som heter cellulose gitt strekkstyrke for naturlige fibre og tau, og ved begynnelsen av det 19. århundre naturlig gummi var i utstrakt bruk. Polymerer er råvarer (harpiks) brukes til å gjøre hva kalles vanligvis plast. Plast er det endelige produktet, som er opprettet etter ett eller flere polymerer eller tilsetningsstoffer har vært lagt til en harpiks under behandling, som deretter formes til en endelig form., Polymerer som har eksistert, og som er i gjeldende utbredt bruk, inkluderer karbon-basert polyetylen, polypropylen, polyvinylklorid, polystyren, nylon, polyester, akryl, polyuretan, og polycarbonates, og silisium-basert silikoner. Plast er generelt klassifisert som «vare», «spesialitet» og «engineering» plast.,

Kompositt materialsEdit

Kompositt materialer som inneholder to eller flere makroskopiske faser, hvorav den ene er ofte keramikk. For eksempel, en kontinuerlig matrise, og en dispergert fase av keramiske partikler eller fibre.,

Programmer av kompositt materiale som spenner fra strukturelle elementer som stål-armert betong, til termisk isolerende paneler som spiller en sentral og integrert rolle i NASA ‘ s Space Shuttle thermal protection system, som brukes til å beskytte overflaten av transport fra varmen av re-entry i Jordens atmosfære. Ett eksempel er Forsterket med karbon-Karbon (RCC), lys grå materiale som tåler reentry temperaturer opp til 1510 °C (2750 °F) og beskytter nese cap og ledende kantene av Romfergen er vinger., RCC er en laminert kompositt materiale laget av grafitt rayon klut og impregnert med fenolharpiks. Etter herding ved høy temperatur i en autoklav, laminat er pyrolized å konvertere harpiks til karbon, impregnert med furfural alkohol i et vakuum kammeret, og herdes/pyrolized å konvertere furfural alkohol til karbon. For å gi oksidasjon motstand for gjenbruk evne, de ytre lagene av RCC er konvertert til silisiumkarbid.

Innenlandske eksempler på kompositter kan sees i «plast» foringsrør av tv-apparater, mobiltelefoner og så videre., Disse plast foringsrør er vanligvis en kompositt består av et termoplastisk matrise som akrylonitril butadien styren (ABS) som kalsiumkarbonat kritt, talkum, glass fiber eller carbon fibrene er lagt for styrke, bulk, eller elektro-statisk spredning. Disse tilleggene kan bli referert til som forsterkende fibre, eller dispergeringsmidler, avhengig av formålet.

Dermed matrix materiale som omgir og støtter de forsterkede materialer ved å opprettholde sin relative posisjoner. Forsterkningene formidle sine spesielle mekaniske og fysiske egenskaper for å forbedre matrix egenskaper., En synergism produserer materielle egenskaper utilgjengelig fra de enkelte bestanddeler materialer, mens bredt utvalg av matrix og styrke materialer gir designeren med valg av en optimal kombinasjon.

SemiconductorsEdit

Halvledere er materialer som har en elektrisk motstand (og ledningsevne) mellom at av metalliske ledere og ikke-metalliske isolatorer., De kan bli funnet i den periodiske tabell beveger seg skrått ned til høyre fra boron. De separate den elektriske ledere (eller metaller, til venstre) fra isolatorer (til høyre).

Enheter laget av halvledermaterialer er grunnlaget for moderne elektronikk, inkludert radio, datamaskiner, telefoner, etc. Halvleder-enheter inkluderer transistor, solceller, dioder og integrerte kretser. Solcellepaneler er store semiconductor enheter som direkte konverterer lys til elektrisk energi.,

I en metallisk leder, nåværende er gjennomført av flyten av elektroner», men i halvledere, strøm kan gjennomføres enten ved at elektroner eller av positivt ladet «hull» i den elektroniske band strukturen i materialet. Felles halvledermaterialer inkluderer silisium, germanium og galliumarsenid -.

NanomaterialsEdit

Mange tradisjonelle faste stoffer har ulike egenskaper når de krympe til nanometer størrelser., For eksempel, nanopartikler av vanligvis gult gull og grå silisium er rød i fargen; gull nanopartikler smelter ved lavere temperaturer (~300 °C 2,5 nm størrelse) enn gull plater (1064 °C); og metallic nanotråder er mye sterkere enn den tilsvarende bulk metaller. Den høye areal av nanopartikler gjør dem svært attraktive for enkelte programmer i felt av energi. For eksempel, platinum metaller kan gi forbedringer som automotive fuel katalysatorer, samt proton exchange membrane (PEM) brenselceller., Også, keramiske nitrogenoksider (eller cermets) av lantan, cerium, mangan og nikkel blir nå utviklet av fast oksid brenselceller (SOFC). Litium litium-titanate og tantal nanopartikler brukes i litium-ion-batteriene. Silicon nanopartikler har vist seg å dramatisk utvide lagringskapasiteten på litium-ion-batteriene under utvidelse/sammentrekning syklus. Silicon nanotråder syklus uten betydelig degradering og presentere potensialet for bruk i batterier med sterkt utvidet lagringstid. Silicon nanopartikler blir også brukt i nye former for solenergi celler., Tynn film deponering av silisium quantum dots på polykrystallinsk silisium substrat av en photovoltaic (solar) celle øker utgangsspenning så mye som 60% av fluorescing det innkommende lyset før fangst. Her igjen, areal av nanopartikler (og tynne filmer) spiller en avgjørende rolle i å maksimere mengden absorbert stråling.,

BiomaterialsEdit

Mange naturlige (eller biologiske) materialer som er komplekse sammensetninger med bemerkelsesverdig mekaniske egenskaper. Disse komplekse strukturer, som har steget fra hundrevis av millioner år med evolusjon, er inspirerende materialer forskere i utformingen av nye materialer. Deres særtrekk inkluderer strukturelle hierarki, multifunctionality og selvhelbredende evne., Selv-organisering er også en fundamental funksjon i mange biologiske materialer, og den måten som de strukturer som er satt sammen fra molekylært nivå opp. Dermed, selv-montering fremstår som en ny strategi i kjemisk syntese av høy ytelse biomaterials.