Ι. Τα τέσσερα βασικά στοιχεία της επιστήμης των υλικών

1. Ιδιότητες και απόδοση της υπηρεσίας
    
   Οι ιδιότητες είναι περιγραφείς των λειτουργικών χαρακτηριστικών και της αποτελεσματικότητας ενός υλικού, που αντικατοπτρίζουν την απόκρισή του σε ηλεκτρικά, μαγνητικά, οπτικά, θερμικά και μηχανικά φορτία.Οι μηχανικές ιδιότητες είναι ο πυρήνας των δομικών υλικών, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής (αντίσταση σε εξωτερικές πιέσεις), της πλαστικότητας (δυνατότητα να υποστεί αμετάκλητη μόνιμη παραμόρφωση χωρίς βλάβη),σκληρότητα (αντοχή σε παραμόρφωση ή κάταγμα σε μικρή επιφάνεια), δυσκαμψία (αντίσταση στην ελαστική παραμόρφωση υπό εξωτερική πίεση), αντοχή στην κόπωση (αντίσταση στο κάταγμα υπό εναλλασσόμενη πίεση),αντοχή σε έλξη (αντοχή σε παραμόρφωση υπό σταθερή πίεση)Κάθε ιδιότητα έχει αντίστοιχες παραμέτρους χαρακτηρισμού, όπως αντοχή απόδοσης για αντοχή,επιμήκυνση για την πλαστικότητα, και σκληρότητα Brinell για σκληρότητα.
    
   Οι φυσικές ιδιότητες καλύπτουν ηλεκτρικές, μαγνητικές, οπτικές και θερμικές πτυχές, με βασικούς δείκτες όπως η αγωγιμότητα, η μαγνητική διαπερατότητα, η ανακλαστικότητα του φωτός και η θερμική αγωγιμότητα.Τα σύγχρονα λειτουργικά υλικά συχνά παρουσιάζουν ειδικές φυσικές αλληλεπιδράσεις, όπως οι πιεζοηλεκτρικές επιδράσεις (μηχανική-ηλεκτρική αλληλεπίδραση) και η ηλεκτροφωτιστικότητα (ηλεκτρική-οπτική αλληλεπίδραση), οι οποίες είναι κρίσιμες για την τεχνολογική καινοτομία.
    
   Η απόδοση υπηρεσίας αναφέρεται στη συμπεριφορά των υλικών στην τελική τους κατάσταση εφαρμογής, που χαρακτηρίζεται από αξιοπιστία, αντοχή, διάρκεια ζωής, αναλογία κόστους-αποδόσεων και ασφάλεια.Σε αντίθεση με τις εγγενείς ιδιότητες που παραμένουν σχετικά σταθερέςΗ απόδοση της υπηρεσίας είναι μια σταδιακή μεταβλητή που επηρεάζεται από εξωτερικούς παράγοντες.οι ιδιότητες του υλικού θα υποστούν θεμελιώδεις ποιοτικές αλλαγές.
2. Δομή και σύνθεση
    
   Η δομή των υλικών περιλαμβάνει δομή δεσμού, κρυσταλλική δομή και οργανωτική δομή.και μεταλλικών δεσμών) και φυσικών δεσμών (δέσμοι υδρογόνου και δυνάμεις van der Waals)Για παράδειγμα, ο πάγος συνδυάζει συνδυαστικούς δεσμούς και δεσμούς υδρογόνου.και τα κουαζικρυστάλλια (διαταγμένα σε μακρινό εύρος, αλλά μη περιοδικά)Οι οργανωτικές δομές περιλαμβάνουν ομοιογενείς, ευτεκτικές, μαρτενσιτικές και αυστενιτικές δομές, οι οποίες επηρεάζουν άμεσα τις ιδιότητες του υλικού.
    
   Η σύνθεση και η δομή των υλικών ανιχνεύονται με διάφορες τεχνολογίες.Φωτοηλεκτρονική φασματοσκόπησηΗ δομική ανάλυση βασίζεται σε όργανα διαφορετικής ανάλυσης: στερεομικροσκόπια (επίπεδο mm έως μm), οπτικά μικροσκόπια (επίπεδο μm),μικροσκόπια ηλεκτρονικών σαρώσεων (επίπεδο μm έως nm), μέχρι 0,7 nm), και τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης (που μπορούν να παρατηρήσουν την ατομική διάταξη, μέχρι 0,2 nm).Οι βάσεις δεδομένων όπως οι βάσεις δεδομένων διαθλασμού ακτίνων Χ και οι βάσεις δεδομένων διαγράμματος φάσης παρέχουν ισχυρή υποστήριξη για την έρευνα στον τομέα αυτό.
3. Σύνθεση και επεξεργασία
    
   Η σύνθεση και η επεξεργασία περιλαμβάνουν τον έλεγχο της διάταξης των ατόμων, των μορίων και των μοριακών ομάδων σε όλες τις κλίμακες και τα υλικά παραγωγής αποτελεσματικά.Η σύνθεση αναφέρεται σε χημικές και φυσικές μεθόδους συνδυασμού ατόμων/μοριακών σε υλικάΟι δύο έννοιες συνδέονται όλο και περισσότερο στη σύγχρονη επιστήμη των υλικών.
    
   Το κύριο περιεχόμενο περιλαμβάνει την προετοιμασία υλικών (μεταλλουργία, τήξη και στερεοποίηση, συγκόλληση σκόνης, πολυμερισμός πολυμερών), επεξεργασία υλικών (κόψιμο, σχηματισμός, τροποποίηση, σύνδεση),Μηχανική επιφάνειας (τροποποίηση επιφάνειας)Οι βασικές τεχνολογίες, όπως η σβήσιμη, η αναψύκωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση, η ανασυστάτωση και η ανασυστάτωση.και το κράμα χρησιμοποιούνται ευρέως στη μεταβολή υλικών για τη βελτιστοποίηση των επιδόσεωνΓια παράδειγμα, η θέρμανση ενισχύει τα υλικά λαμβάνοντας ασταθείς μη ισορροπημένες δομές μέσω της ταχείας ψύξης.
    
   Η τάση ανάπτυξης της σύνθεσης και της επεξεργασίας τείνει προς ακραίες συνθήκες, όπως εξαιρετικά καθαρά περιβάλλοντα για μονοκρυσταλλικές πλάκες πυριτίου, συνθήκες υψηλής πίεσης για συνθετικά διαμάντια,και χαμηλών θερμοκρασιών για υπεραγωγούςΩστόσο, εξακολουθούν να υφίστανται διαφορές μεταξύ της Κίνας και των βιομηχανικών χωρών στον τομέα αυτό, ιδίως όσον αφορά το ποσοστό των χύτευσης ακριβείας και των σφυρηλατημάτων, καθώς και την κατανάλωση ενέργειας.
4. Εργαλεία και εξοπλισμός
    
   Τα όργανα και ο εξοπλισμός είναι απαραίτητα για την έρευνα των υλικών, με την ακρίβεια τους να αντανακλά τη συνολική τεχνολογική ισχύ μιας χώρας.,Τα όργανα δοκιμής της απόδοσης των υλικών,όπως μηχανές δοκιμής κόπωσης από έλξη και κεραμικά εξαρτήματα υψηλής θερμοκρασίας, να προσομοιώνουν περιβάλλοντα υπηρεσίας για να μετατρέπουν τις απαντήσεις υλικών σε μετρήσιμα δεδομένα.
    
   Ο εξοπλισμός σύνθεσης και επεξεργασίας περιλαμβάνει φούρνους με έναν μόνο κρύσταλλο, παγωμένους ισοστατικούς πρέσες και συσκευές προετοιμασίας νανοϋλικών, οι οποίες παρέχουν τον απαραίτητο χώρο, εξωτερικές δυνάμεις,και ενέργεια για την παραγωγή υλικώνΟ έλεγχος της διαδικασίας βασίζεται σε αισθητήρες που κατασκευάζονται από ανόργανες μη μεταλλικές ευαίσθητες ύλες, οι οποίες ανιχνεύουν την περιεκτικότητα σε οξυγόνο, την υγρασία, την πίεσηκαι θερμοκρασία με βάση αρχές όπως η ιονική αγωγιμότητα και η πιεζοηλεκτρικότητα.

ΙΙ. Βασικά συστήματα υποστήριξης στην επιστήμη των υλικών

1. Βάσεις δεδομένων απόδοσης υλικών
    
   Αυτές οι βάσεις δεδομένων αποτελούν προϋποθέσεις για την επιλογή υλικών και το θεμέλιο της επιλογής υλικών με υποβοήθηση υπολογιστή (CAMS), του σχεδιασμού με υποβοήθηση υπολογιστή (CAD) και της κατασκευής με υποβοήθηση υπολογιστή (CAM).Διεθνώς, υπάρχουν συνεργατικές βάσεις δεδομένων όπως αυτή που δημιουργήθηκε από κοινού από τις Βρετανικές και Αμερικανικές Μεταλλουργικές Εταιρείες και το "Πρόγραμμα Βερσαλλίας" της G7.Ιδρύματα όπως το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πεκίνου και το Ινστιτούτο Προστασίας Υλικών του Γουχάν έχουν δημιουργήσει εξειδικευμένες βάσεις δεδομένων που καλύπτουν τη διάβρωση., φθοράς και κράματα χάλυβα.
2. Ανάλυση και μοντελοποίηση (σχεδιασμός υλικών)
    
   Η παραδοσιακή ανάπτυξη υλικών με δοκιμές και λάθη έχει αντικατασταθεί από το σχεδιασμό υλικών, που καθοδηγείται από την ανάπτυξη βασικών θεωριών (κβαντική μηχανική, θεωρία ζώνων), τεχνολογίας υπολογιστών,και προηγμένες διαδικασίες σύνθεσηςΟ σχεδιασμός υλικών καλύπτει το σχεδιασμό δομής συστατικών, την πρόβλεψη των ιδιοτήτων απόδοσης και τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης-επεξεργασίας.
    
   Τυπικές περιπτώσεις περιλαμβάνουν υβριδικά υλικά (ομοιόμορφη ανάμειξη διακριτών υλικών σε ατομικό/μοριακό επίπεδο, όπως υβρίδια πολυαιθυλενίου-τουλφραμίου), υπολογισμούς κρυσταλλικής δομής,πρόβλεψη διαμεταλλικών ενώσεων (για αποθήκευση υδρογόνου και υπεραγώγιμα υλικά)Η μελέτη περιλαμβάνει επίσης αριθμητική προσομοίωση φυσικών πεδίων, ανάλυση σχηματισμού μικροδομής κράματος,Έρευνα μηχανικής κατάρρευσης, και σχεδιασμός διασύνδεσης κλίσης για σύνθετα υλικά.

ΙΙΙ. Πρακτική σημασία και προοπτικές της βιομηχανίας