علم المواد

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

علم المواد Materials science أو هندسة المواد materials engineering هو حقل متعدد التخصصات يتضمن خواص المادة وتطبيقاتها في مختلف ساحات العلم و الهندسة. وهذا العلم يبحث العلاقة بين بنية المواد وخصائصها. لذلك فهو يضم عناصر من القيزياء التطبيقية والكيمياء, وكذلك الهندسة الكيميائية, الميكانيكية, المدنية والكهربائية. ومع الاهتمام الإعلامي المتزايد بعلم النانو ,تكنولوجيا النانو في السنين الأخيرة, فإن علم المواد قد أصبح في مقدمة العلوم في العديد من الجامعات. وهو جزء هام أيضاُ من الهنسة الشرعية و هندسة 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 علم المواد أحد أقدم أشكال الهندسة والعلوم التطبيقية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تاريخ وتطور علم المواد

ولقد برع العلماء المسلمون قديما في هذا العلم وخصوصا علم المعادن ومنهم: ابن سينا الذي يعتبر أول من درس وصنف المعادن, البيروني مؤلف كتاب "الجاهر في معرفة الجواهر" الذي يدرس علم 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 علم المواد الحديث من دراسة علم 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 أن الخواص الديناميكية الحرارية (الثرموديناميكية) المتعلقة بالتركيب الذري في مختلف حالات المادة ترتبط بالخواص الفيزيائية للمادة، وقد جاءت الكثير من المواد الجديدة كنتيجة للسباق الفضائي، ومن بينها السبائك المعدنية ومواد الكربون والسيليكون التي تستخدم في بناء مركبات الفضاء، وقد كان علم المواد عاملا دافعا لتطوير تقنيات لمواد أحدثت تغيرات ثورية مثل البلاستيك وأشباه الموصلات.


أساسيات علوم المواد

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

عيوب المواد

وهناك مقولة قديمة في علم 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 علماء 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 أو الذرات التبديلية بالإنگليزية: substitutional atoms، وذلك من أجل تكوين مواد يكون لها الخواص المطلوبة.

بنية المواد

وليس لجميع المواد تركيب بلوري منتظم ، فالفلزات كلها متبلورة عند تجمدها في ظروف تبريد عادية ، أما اللدائن فيبدو عليها درجات مختلفة من التبلور، أما الزجاجيات وبعض أنواع الخزفيات والعديد 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 و البوليمرات و الخزفيات (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. علم الفلزات
  4. فلزات
  5. Intermetallics
  6. Semiconductors
  7. پوليمرات
  8. Composite materials
  9. Vitreous materials

فروع علم المواد

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 علم المواد

دوريات هامة

انظر أيضاً

كتب

  • 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