مقاله مهندسی و علم مواد

مقاله دانلودی مهندسی و علم مواد

در حال حاضر، دانشمندان، پژوهشگران و مهندسان علم مواد به آن پایه از شناخت مبانی مواد پیشرفته دست یافته اند که قادرند زیر ساختارهای اتمی و مولکولی ماده، روشهای فرآوری و ساخت مواد جدید و خواص و کاربردهای نهایی آنها را به دلخواه خود کنترل کنند. این بدان معنی است که به جز اصلاح ویژگیهای مواد سنتی موجود و بهبود عملکرد های آنها، می توان مواد جدیدی خلق کرد که با ارائه خواص متفاوت و نوظهور بتوانند پاسخگوی شرایط کاری جدید و دشوار باشند.برای نیل به این هدف، پژوهشگران می توانند کار را از مجموعه ویژگیهای مورد نظر شروع کنند و مسیر معکوسی را تا طراحی و ساخت ماده مناسب دنبال کنند. در عین حال این امکان نیز وجود دارد که براساس شناخت بنیادین ویژگیهای ماده در مقیاس اتمی و بلوری، مواد کاملاً جدید باخصوصیات و کاربردهای بالفوه نامحدود ساخته شود.این شناخت روز افزون، حوزه های جدیدی از تحقیق و نوآوری را ایجاد کرده است که به نوبه خود موجب پیشرفتهای حیرت آور در زمینه های پزشکی، داروسازی، کشاورزی، معدن، مهندسی ژنتیک، انرژی و محیط زیست شده است.

منشأ تاریخی انقلاب علم مواد

آگاهی و دانشی که در نتیجه فیزیک کوانتوم در سالهای اولیه قرن بیستم به دست آ د، تا حد زیادی شناخت دانشمندان را از ارتباط بین ساختار وخواص مواد افزایش داد. در دهه های بعد، از تلفیق آگاهیهای علمی و تکنیکهای جدید، روشهای مؤثرتری برای تجزیه، سنتز و فرآوری مواد فراهم آمد و بدین ترتیب مواد، پیشرفته وارد رشته های مختلف علم و فنآوری از جمله انرژی هسته ای، الکترونیک و هوا- فضا شد.

در حال حاضر، دانشمندان، پژوهشگران و مهندسان علم مواد به آن پایه از شناخت مبانی مواد پیشرفته دست یافته اند که قادرند زیر ساختارهای اتمی و مولکووووولی ماده، روشهای فرآوری و ساخت مواد جدید و خواص و کاربرد های نهایی آنها را به دلخواه خود کنترل کنند.

در دهه های پایانی قرن بیستم، امکان بهره گیری کامل تر ازدانش کوانتوم حاصل شد. از آغاز دهه 1980 ساخت ابزارهای قدرتمند جدید مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی تونلری ( Scanning Tunneling Electron Microscope ) به پژوهشگران این امکان را داده است که دید عمیق تری نسبت به ساختار الکترونی و اتمی و مولکولی ماده پیدا کنند. بعلاوه، افزایش ظرفیت و قدرت رایانه ها و استفاده از ابر رایانه های ( Super Computers ) دارای سرعتهای پردازش فوق العاده زیاد، این امکان را فراهم آورده است که برای رفتارهای فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مواد ساده و کامپیوزیت، الگوها و مدلهای ریاضی طراحی کنند. پژوهشگران رشته مواد با تلفیق ابزارهای رایانه ای پیشرفته، الگوهای ریاضی و روشهای تجربی توانسته اند ویژگی های کمی ریز ساختار مواد را تعیین، ساختار آن را پس از فرآوری تعریف و رابطه آن را با خواص نهایی به دست آمده بیان کنند. برای بسط توصیف رفتار مواد در سطح الکترونها و اتمها، از ادغام قوانین کوانتوم و روشهای آماری استفاده می شود و از نتایج حاصل، برای طراحی و ساخت مواد بهره برداری می گردد. اما همه اینها هنوز در مراحل ابتدایی هستند و به نظر می رسد که تا بلوغ کامل این علم راهی طولانی در پیش باشد.

علم مواد و مهندسی نوین

علم مواد، رشته ای است که سعی دارد به کمک تحقیقات آزمایشگاهی، مهندسی عملی و تجربه تولید صنعتی، نگرشی جامع از ماده به دست دهد...