علم مواد

علم مواد (به انگلیسی: Materials Science) یا مهندسی و علم مواد یک حوزهٔ میان رشته‌ای است که در آن رابطهٔ 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 زمینهٔ نانو، مهندسی مواد به یکی از رشته‌های پیشرو در عرصه دانش بدل شده‌است. به‌طور خلاصه یک مهندس مواد در نخستین گام به‌کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ الکترونی عبوری، پراش پرتوهای ایکس یا روش‌ها و تجهیزات مشابه به شناسایی و بررسی ساختار میکروسکوپی مواد گوناگون می‌پردازد. در گام بعدی خواص مختلف مواد مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند تا روش‌های تولید مواد جدید یا بهبود خواص مواد قبلی فرا گرفته شود.^[۱]^[۲]

شبیه‌سازی پروفایل دمایی بدنهٔ شاتل بعد از ورود دوباره به جو زمین.

علم مواد یا مهندسی مواد، یکی از اصلی‌ترین رشته‌های مهندسی است، زیرا دیگر رشته‌های مهندسی بدون مواد صنعتی ساخته شده توسط مهندسین مواد کارایی ندارند به عنوان مثال همه قطعات یک سیستم کامپیوتر با علم مواد ساخته می‌شود یا همه مصالح مورد نیاز ساختمان‌سازی برای رشته عمران را مهندسین مواد می سازند. در واقع بخش عمده ی مهندسی مواد از علم فیزیک و شیمی تشکیل شده است که البته کمی ریاضی هم به دلیل اینکه جزو رشته های مهندسی است به همراه دارد. مهندسی مواد و متالورژی در گذشته در دو زمینه مجزای سرامیک و متالورژی تقسیم ‌بندی می شد ؛ اما اکنون شامل طیف وسیعی از مواد مانند : فلزات ، سرامیک‌ها ، پلیمرها ، نیمه هادی‌ها ، مواد مغناطیسی، مواد فوتونیک و مواد بایولوژیکی می شود. مهندسی مواد یکی از رشته‌های مهندسی است که به درستی لقب مادر رشته‌های مهندسی را به خود اختصاص داده است که در کشور آلمان آن را با عنوان پزشکی مواد می شناسند.

حوزه‌های پژوهشی در مهندسی موادویرایش

رشته مهندسی مواد از آنجایی که تنها رشته مهندسی است که علم در آن جایگاه بنیادی دارد ( علم و مهندسی مواد ) زمینه های پژوهشی بسیار گسترده ای دارد. در این رشته می توان پروژه های پژوهشی را هم در قالب فعالیت مهندسی، و هم در قالب فعالیت علمی تعریف کرد. پژوهش ها از فرآیندهای اجرایی مانند جوشکاری و ریخته گری گرفته تا فعالیت های کاملاً تئوریک نانو مواد و مواد پیشرفته گسترده می شوند. در این رشته به راحتی و با قدرت انتخاب بالا می توان زمینه پژوهشی را انتخاب کرد و کرانه پژوهشی بسیار بالایی دارد.

در یک دسته‌بندی کلی، مواد مورد مطالعه در مهندسی مواد به شش گروه اصلی فلز (متالورژی)، سرامیک‌ها، پلیمرها، مواد مرکب (کامپوزیت‌ها)، بیومتریال (مواد زنده) و نیمه‌هادی‌ها تقسیم می‌شوند.

کار یک مهندس مواد چیست؟ویرایش

احتمالاً تاکنون درباره یک شیمی دان، فیزیک دان یا بیولوژیست شنیده باشد، اما درباره علم مهندسی مواد چیزی شنیده بودید؟ احتمالاً خیر. یکی از دلایلی که وجود دارد این است که مهندسین مواد گستره وسیعی از فعالیت ها را پوشش می دهند و دست به عرصه های مختلف شامل شیمی، بیولوژی و فیزیک، برده اند به همین دلیل عموم مردم آن را اختصاصاً برای یک فعالیت با اسم خاص نمی شناسند.. گاهی اوقات مهندسین مواد مهندس سرامیک یا مهندس پلیمر و یا متالورژیست نامیده می شوند و شما می توانید محل کار آنها را در محل کار در صنایع، آزمایشگاه ها و دانشگاه های سراسر دنیا بیابید.

با وجود گوناگونی آنها ، مهندسین مواد از یک نقطه نظر یکسان به مواد نگاه می کنند: آنها بدنبال ارتباط بین فهم ساختار مواد، خواص آنها ، چگونگی فرآیندهای ایجاد تغییرات در آنها، و کاری که آن مواد می توانند انجام دهند و کاربرد آنها هستند.^[۳]

در گذشته، مردم از طریق سعی و خطا، مواد مختلف را استفاده و مطابق نیاز خود تغییر می دادند و در مقیاس بزرگ و قابل دید کار می کردند بعنوان مثال حرارت دادن و سرد کردن تکه های آهن (چدن یا فولاد) با هدف سخت سازی. مهندسین مواد مدرن با مهارت خاصی مواد را بسته به اصول استنباط شده از چگونگی رفتار مواد در قرارگرفتن کنار هم، که اغلب در مقیاس غیرقابل دید با چشم غیر مسلح در مقیاس اتمی، تغییر داده و بهبود می دهند. این مقدار چقدر کوچک است؟ برای قرار دادن نقطه در انتهای این جمله شما نیاز به تریلیون ها اتم دارید.^[۴]