Solide

Forme cristalline unique de solide insuline .

M??canique des milieux continus
Lois Conservation de la masse Conservation du moment Conservation de l'??nergie Entropy in??galit??s
M??canique des solides Solides Stress D??formation Compatibilit?? D??formation finie Souche infinit??simale ??lasticit?? lin??aire Plasticit?? Fl??chissement La loi de Hooke La th??orie de la d??faillance des mat??riaux M??canique de la rupture M??canique du contact Friction Frictionnel
M??canique des fluides Fluides Statique des fluides La dynamique des fluides ??quations de Navier-Stokes Le principe de Bernoulli Flottabilit?? Viscosit?? Newtonien Non-Newtonian Le principe d'Archim??de La loi de Pascal Pression Liquides La tension de surface L'action capillaire Gaz Atmosph??re La loi de Boyle Loi de Charles Loi de Gay-Lussac Loi des gaz combin??e Plasma
Rh??ologie Visco??lasticit?? Fluides intelligents Magnetorheological ??lectrorh??ologique Ferrofluides Rh??om??trie Rh??om??tre
Les scientifiques Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Gay-Lussac Hooke Pascal Newton Navier Stokes

Solide est l'un des les quatre ??tats fondamentaux de la mati??re (les autres ??tant liquide , gaz et plasma ). Il est caract??ris?? par une rigidit?? structurelle et une r??sistance ?? des changements de forme ou de volume. Contrairement ?? un liquide , un objet solide ne se ??coule pas ?? prendre sur la forme de son contenant, ni ne se dilater pour remplir la totalit?? du volume ?? sa disposition comme un gaz fait. Les atomes dans un solide sont ??troitement li??s les uns aux autres, que ce soit dans un r??seau g??om??trique r??guli??re ( solides cristallins , qui comprennent les m??taux et ordinaire glace d'eau ) ou irr??guli??re (un solide tel fen??tre commune amorphe verre ).

La branche de la physique qui traite de solides est appel?? Solid-State Physics, et est la branche principale de la physique de la mati??re condens??e (qui comprend aussi les liquides). La science des mat??riaux est principalement li?? ?? la physique et propri??t??s chimiques des solides. La chimie du solide est particuli??rement pr??occup?? par la la synth??se de nouveaux mat??riaux, ainsi que de la science de l'identification et composition chimique.

Description microscopique

Mod??le d'atomes serr??es dans un solide cristallin.

Les atomes, des mol??cules ou des ions qui constituent un solide peuvent ??tre agenc??s selon un motif r??p??titif ordonn??, ou irr??guli??re. Mat??riaux dont les constituants sont dispos??s suivant un motif r??gulier sont connus comme des cristaux . Dans certains cas, l'ordre r??gulier peut continuer sans interruption sur une grande ??chelle, par exemple diamants , o?? chaque diamant est un monocristal. Les objets solides qui sont assez grands pour voir et la poign??e sont rarement compos??s d'un seul cristal, mais ?? la place sont constitu??s d'un grand nombre de monocristaux, appel??s cristallites, dont la taille peut varier de quelques nanom??tres ?? plusieurs m??tres. Ces mat??riaux sont appel??s polycristallin. Presque tous les m??taux communs, et beaucoup la c??ramique, sont polycristallin.

Repr??sentation sch??matique d'une forme vitreuse al??atoire-r??seau (?? gauche) et r??seau ordonn?? cristallin (?? droite) de la composition chimique identique.

En d'autres mat??riaux, il ne existe pas d'ordre ?? longue distance dans la position des atomes. Ces solides sont connus comme solides amorphes; exemples comprennent le polystyr??ne et le verre .

Qu'il se agisse d'un solide cristallin ou amorphe est d??pend de la mati??re en cause, et les conditions dans lesquelles elle a ??t?? form??e. Les solides qui se forment par refroidissement lent auront tendance ?? ??tre cristallin, tandis que les solides qui sont congel??s rapidement sont plus susceptibles d'??tre amorphes. De m??me, le sp??cifique la structure cristalline adopt??e par un solide cristallin d??pend du mat??riau en cause et de la fa??on dont il a ??t?? form??.

Alors que de nombreux objets courants, comme un cube de glace ou une pi??ce de monnaie, sont chimiquement identiques dans l'ensemble, de nombreux autres mat??riaux communs comprennent un certain nombre de diff??rentes substances emball??s ensemble. Par exemple, un type de roche est un agr??gat de plusieurs diff??rents min??raux et mineraloids, sans composition chimique sp??cifique. bois est un mat??riau naturel organique compos?? principalement de fibres cellulosiques noy??es dans une matrice organique de lignine. Dans la science des mat??riaux, des composites de plus d'un mat??riau constituant peuvent ??tre con??us pour avoir des propri??t??s souhait??es.

Classes de solides

Les forces entre les atomes dans un solide peuvent prendre diverses formes. Par exemple, un cristal de chlorure de sodium (sel commun) est constitu?? d' ions sodium et le chlore , qui sont maintenus ensemble par des liaisons ioniques. Dans le diamant ou le silicium, les atomes parts ??lectrons et forme des liaisons covalentes. Dans les m??taux, les ??lectrons sont partag??s une liaison m??tallique. Certains solides, en particulier la plupart des compos??s organiques, sont d??tenus avec des forces de van der Waals r??sultant de la polarisation du nuage de charge ??lectronique sur chaque mol??cule. Les diff??rences entre les types de r??sultats solides des diff??rences entre leur liaison.

M??taux

Le summum de New York de Chrysler Building, le plus haut b??timent de briques en acier appuy?? par le monde, est rev??tue d'acier inoxydable.

Les m??taux sont g??n??ralement conducteurs fortes, denses et bien des deux ??lectricit?? et chaleur. La majeure partie des ??l??ments de la classification p??riodique des ??l??ments , ceux ?? la gauche de la ligne diagonale tir??e de bore ?? polonium , sont des m??taux. Des m??langes de deux ou plusieurs ??l??ments dans lesquels le composant principal est un m??tal sont connus comme alliages.

Les gens utilisent les m??taux pour une vari??t?? de fins depuis la pr??histoire. Le la force et fiabilit?? des m??taux a conduit ?? leur large utilisation dans la construction de b??timents et d'autres structures, ainsi que dans la plupart des v??hicules, de nombreux appareils et outils, tuyaux, panneaux de signalisation et des voies ferr??es. fer et l'aluminium sont les deux m??taux structurelles les plus couramment utilis??s, et ils sont ??galement les m??taux les plus abondants dans la Terre cro??te . Le fer est le plus souvent utilis?? sous la forme d'un alliage, l'acier , qui contient jusqu'?? 2,1% de carbone , ce qui rend beaucoup plus dur que le fer pur.

Parce que les m??taux sont de bons conducteurs d'??lectricit??, ils sont pr??cieux dans ??lectriques et appareils pour porter un courant ??lectrique sur de longues distances avec peu de perte ou la dissipation d'??nergie. Ainsi, les r??seaux ??lectriques se appuient sur des c??bles m??talliques pour distribuer de l'??lectricit??. Accueil syst??mes ??lectriques, par exemple, sont c??bl??s avec du cuivre pour ses bonnes propri??t??s conductrices et usinage facile. La haute conductivit?? thermique de la plupart des m??taux rend ??galement utile pour les ustensiles de cuisson sur la cuisini??re.

L'??tude de m??talliques ??l??ments et leur alliages constitue une partie importante des domaines de l'??tat solide chimie, la physique, la science des mat??riaux et de l'ing??nierie.

M??talliques solides sont maintenues ensemble par une forte densit?? de partage, des ??lectrons d??localis??s, connu sous le nom " collage m??tallique ". Dans un m??tal, atomes perdent facilement leur externe (" valence ") ??lectrons , formant positifs ions . Les ??lectrons libres sont r??partis sur le solide ensemble, qui se tient ensemble fermement par des interactions ??lectrostatiques entre les ions et le nuage d'??lectrons. Le grand nombre de donne des ??lectrons libres m??taux leurs valeurs ??lev??es de la conductivit?? ??lectrique et thermique. Les ??lectrons libres emp??chent ??galement la transmission de la lumi??re visible, ce qui rend les m??taux opaque, brillant et lustr??.

Plus de mod??les avanc??s de propri??t??s m??talliques consid??rent l'effet des ions noyaux positifs sur les ??lectrons d??localis??s. Comme la plupart des m??taux ont une structure cristalline, ces ions sont g??n??ralement dispos??s dans un r??seau p??riodique. Math??matiquement, le potentiel des noyaux d'ions peut ??tre trait??e par diff??rents mod??les, le plus simple ??tant le mod??le ??lectrons presque libres.

Min??raux

Une collection de divers min??raux.

Min??raux solides sont form??s ?? travers divers d'origine naturelle g??ologiques processus sous des pressions ??lev??es. Pour ??tre class?? comme un v??ritable min??rale, une substance doit avoir un structure cristalline avec des propri??t??s physiques uniformes dans l'ensemble. Minerals vont en composition de purs ??l??ments simples et des sels de tr??s complexe silicates avec des milliers de formes connues. En revanche, une roche ??chantillon al??atoire est un agr??gat de min??raux et / ou mineraloids, et n'a pas de composition chimique sp??cifique. La grande majorit?? des roches de la cro??te terrestre se composent de quartz (SiO de cristallin _2), feldspath, mica, chlorite, le kaolin, la calcite, ??pidote, olivine, augite, amphibole, magn??tite, h??matite, limonite et quelques autres min??raux. Certains min??raux, comme le quartz , mica ou du feldspath sont communes, tandis que d'autres ont ??t?? trouv??s dans seulement quelques endroits dans le monde. Le plus grand groupe de min??raux est de loin le silicates (la plupart des roches sont ≥95% silicates), qui sont compos??es principalement de silicium et d'oxyg??ne , avec l'addition d'ions d' aluminium , magn??sium , fer , calcium et d'autres m??taux.

C??ramique

Si ₃ N ₄ parties de palier en c??ramique

Mati??res solides en c??ramique sont compos??es de compos??s inorganiques, habituellement des oxydes d'??l??ments chimiques. Ils sont chimiquement inertes, et sont souvent capables de r??sister ?? l'??rosion chimique qui se produit dans un environnement acide ou caustique. C??ramique peuvent g??n??ralement r??sister ?? des temp??ratures ??lev??es de 1000 ?? 1600 ?? C (1800 ?? 3000 ?? F). Les exceptions incluent des mat??riaux inorganiques non-oxyde, comme nitrures, et borures carbures.

Mati??res premi??res c??ramiques traditionnelles comprennent argile min??raux tels que la kaolinite, des mat??riaux plus r??cents comprennent l'oxyde d'aluminium ( alumine ). Les mat??riaux c??ramiques modernes, qui sont class??s comme les c??ramiques avanc??es, comprennent le carbure de silicium et le carbure de tungst??ne. Les deux sont appr??ci??s pour leur r??sistance ?? l'abrasion, et donc trouver une utilisation dans des applications telles que les plaques d'usure des ??quipements de concassage dans les op??rations mini??res.

La plupart des mat??riaux c??ramiques, comme l'alumine et de ses compos??s, sont form?? ?? partir de poudres fines, donnant un grain fin polycristallin microstructure qui est rempli avec diffusion de la lumi??re centres comparable ?? la longueur d'onde de la lumi??re visible . Ainsi, ils sont g??n??ralement des mat??riaux opaques, par opposition ?? mat??riaux transparents. Nanom??trique r??cente (par exemple, sol-gel) la technologie a, cependant, rendu possible la production de polycristallin c??ramiques transparentes comme l'alumine et de l'alumine compos??s transparents pour des applications telles que les lasers de forte puissance. C??ramiques avanc??es sont ??galement utilis??s dans les industries m??decine, ??lectriques et ??lectroniques.

L'ing??nierie C??ramique est la science et de la technologie de cr??ation ?? l'??tat solide mat??riaux c??ramiques, pi??ces et dispositifs. Ceci est r??alis?? soit par l'action de la chaleur, ou ?? des temp??ratures plus basses, en utilisant r??actions de pr??cipitation ?? partir de solutions chimiques. Le terme comprend la purification de mati??res premi??res, l'??tude et la production des compos??s chimiques en question, leur formation en composantes, et l'??tude de leur structure, la composition et les propri??t??s.

M??caniquement parlant, mat??riaux c??ramiques sont fragiles, dur, r??sistant ?? la compression et faible en cisaillement et de tension. Mat??riaux fragiles peuvent pr??senter significative r??sistance ?? la traction en soutenant une charge statique. T??nacit?? indique combien d'??nergie un mat??riau peut absorber avant la d??faillance m??canique, tout en t??nacit?? ?? la rupture (not?? K _Ic) d??crit la capacit?? d'un mat??riau ?? inh??rente d??fauts microstructuraux de r??sister fracture par croissance de la fissure et la propagation. Si l'on dispose d'une grande valeur de la t??nacit??, les principes de base de m??canique de la rupture sugg??rent qu'il sera tr??s probablement subir une rupture ductile. La rupture fragile est tr??s caract??ristique de la plupart c??ramique et mat??riaux en verre-c??ramique qui pr??sentent g??n??ralement de faibles valeurs (et incompatibles) de K _Ic.

Par exemple des applications de la c??ramique, de l'extr??me duret?? La zircone est utilis??e dans la fabrication de lames de couteaux, ainsi que d'autres outils de coupe industrielle. Des c??ramiques telles que l'alumine , le carbure de bore et le carbure de silicium ont ??t?? utilis??s dans gilets pare-balles pour repousser de gros calibre feu de fusil. Parties de nitrure de silicium sont utilis??es dans des roulements ?? billes en c??ramique, o?? leur grande duret?? les rend r??sistants ?? l'usure. En g??n??ral, les c??ramiques sont ??galement r??sistantes chimiquement et peuvent ??tre utilis??s dans des environnements humides o?? les roulements en acier seraient sensibles ?? l'oxydation (rouille).

Comme autre exemple d'application en c??ramique, au d??but des ann??es 1980, Toyota a ??tudi?? la production d'un moteur adiabatique avec une c??ramique temp??rature de fonctionnement de plus de 6000 ?? F (3300 ?? C). Moteurs en c??ramique ne n??cessitent pas un syst??me de refroidissement et donc permettent une r??duction de poids importante et donc une plus grande efficacit?? de carburant. Dans un moteur m??tallique classique, une grande partie de l'??nergie lib??r??e par le combustible doivent ??tre dissip??es aussi gaspiller la chaleur afin d'??viter un effondrement des parties m??talliques. Le travail est ??galement en cours dans le d??veloppement de pi??ces en c??ramique pour turbine ?? gaz moteurs. Les moteurs ?? turbine ?? base de c??ramiques pourrait fonctionner plus efficacement, donnant avions plus grande gamme et la charge utile pour un ensemble quantit?? de carburant. Cependant, de tels moteurs ne sont pas en production, car la fabrication de pi??ces en c??ramique dans la pr??cision et la durabilit?? suffisante est difficile et co??teuse. Les m??thodes de transformation donnent souvent lieu ?? une large distribution de d??fauts microscopiques qui jouent fr??quemment un r??le pr??judiciable dans le processus de frittage, ce qui entra??ne la prolif??ration des fissures, et une d??faillance m??canique ultime.

Vitroc??rame

Une table de cuisson ?? haute r??sistance vitroc??ramique avec n??gligeables dilatation thermique.

Mat??riaux verre-c??ramique part de nombreuses propri??t??s avec deux verres non cristallines et cristalline c??ramiques. Ils sont form??s en tant que verre, et puis partiellement cristallis??s par traitement ?? la chaleur, produisant ?? la fois amorphe et phases cristallines de sorte que les grains cristallins sont int??gr??s dans une phase non cristalline intergranulaire.

Verre-c??ramique sont utilis??s pour faire des ustensiles de cuisine (?? l'origine connu sous le nom de marque CorningWare) et une cuisini??re qui ont ?? la fois une haute r??sistance ?? choc thermique et extr??mement faible la perm??abilit?? aux liquides. Le n??gatif coefficient de dilatation thermique de la phase c??ramique cristalline peut ??tre ??quilibr?? avec le coefficient positif de la phase vitreuse. A un certain moment (~ 70% cristallin) la vitroc??ramique a un coefficient de dilatation thermique nette proche de z??ro. Ce type d'expositions de verre-c??ramique excellentes propri??t??s m??caniques et peut soutenir r??p??t??e et la temp??rature change rapidement jusqu'?? 1000 ?? C.

Vitroc??rame peuvent ??galement se produire naturellement quand la foudre frappe le (par exemple quartz) grains trouv??s dans la plupart plage cristallin sable . Dans ce cas, la chaleur extr??me et imm??diate de la foudre (~ 2500 ?? C) cr??e creux, ramification de structures appel??es rootlike fulgurite via fusion.

Solides organiques

Les individuels fibres de p??te de bois de cet ??chantillon sont autour 10 um de diam??tre.

La chimie organique ??tudie la structure, la composition, la r??action et la pr??paration par synth??se (ou d'autres moyens) des compos??s chimiques de carbone et l'hydrog??ne , qui peut contenir un nombre quelconque d'autres ??l??ments tels que l'azote , l'oxyg??ne et les halog??nes: fluor , chlore , le brome et l'iode . Certains compos??s organiques peuvent ??galement contenir les ??l??ments phosphore ou le soufre . Des exemples de organiques solides comprennent le bois, la cire de paraffine, naphtal??ne et une grande vari??t?? de polym??res et plastiques.

Bois

Bois est un mat??riau naturel organique compos?? principalement de fibres cellulosiques noy??es dans une matrice de lignine. En ce qui concerne les propri??t??s m??caniques, les fibres sont solides ?? la traction, et la matrice de lignine r??siste ?? la compression. Ainsi bois a ??t?? un important mat??riau de construction depuis que les humains ont commenc?? ?? construire des abris et l'aide de bateaux. Bois ?? utiliser pour les travaux de construction qui est commun??ment connu sous le nom bois ou du bois. Dans la construction, le bois ne est pas seulement un mat??riau de structure, mais est ??galement utilis?? pour former le moule pour b??ton.

Mat??riaux ?? base de bois sont ??galement largement utilis??s pour l'emballage (carton par exemple) et papier qui sont tous deux cr???? ?? partir de la pulpe raffin??e. Les proc??d??s de fabrication de p??te chimique utilisent une combinaison de haute temp??rature et alcaline (kraft) ou acides (sulfites) produits chimiques pour briser les liaisons chimiques de la lignine avant de le graver sur.

Polym??res

Image STM de l'auto-assembl?? cha??nes supramol??culaires de la semi-conducteur organique quinacridone sur graphite.

Une propri??t?? importante de carbone en chimie organique est qu'il peut former certains compos??s, les mol??cules individuelles qui sont capables de se accrocher les unes aux autres, formant ainsi une cha??ne ou un r??seau. Le processus est appel?? polym??risation et les cha??nes ou les r??seaux de polym??res, tandis que le compos?? servant de source est un monom??re. Deux principaux groupes de polym??res existent: celles fabriqu??es artificiellement sont appel??s polym??res industriels ou des polym??res synth??tiques (plastiques) et ceux qui se produisent naturellement comme biopolym??res.

Les monom??res peuvent avoir divers substituants chimiques, ou des groupes fonctionnels, ce qui peut affecter les propri??t??s chimiques des compos??s organiques, telles que la solubilit?? et la r??activit?? chimique, ainsi que les propri??t??s physiques, telles que la duret??, la densit??, m??canique ou r??sistance ?? la traction, r??sistance ?? l'abrasion, ?? la chaleur la r??sistance, la transparence, la couleur, etc .. Dans les prot??ines, ces diff??rences donnent le polym??re la capacit?? ?? adopter une conformation biologiquement active, de pr??f??rence ?? d'autres (voir auto-assemblage).

Articles m??nagers faites de divers types de plastique.

Les gens ont ??t?? en utilisant des polym??res organiques naturels pendant des si??cles sous la forme de cires et shellac qui est class?? comme un polym??re thermoplastique. Un polym??re de plante nomm??e cellulose ?? condition que la r??sistance ?? la traction des fibres naturelles et des cordes, et par le caoutchouc d??but du 19e si??cle naturelle ??tait largement utilis??. Les polym??res sont des mati??res premi??res (les r??sines) utilis??s pour faire ce que nous appelons commun??ment plastiques. Les mati??res plastiques sont le produit final, cr????s apr??s une ou plusieurs des polym??res ou des additifs ont ??t?? ajout??s ?? une r??sine au cours du traitement, qui est ensuite fa??onn?? en une forme finale. Polym??res qui ont ??t?? autour, et qui sont largement utilis??s en cours, notamment ?? base de carbone le poly??thyl??ne, le polypropyl??ne, le chlorure de polyvinyle, le polystyr??ne , nylons, les polyesters, acryliques, polyur??thanne, et des polycarbonates ?? base de silicium, et silicones. Les plastiques sont g??n??ralement class??s comme ??marchandise??, ??sp??cialit???? et des plastiques "d'ing??nierie".

Les mat??riaux composites

Simulation de l'ext??rieur de la navette spatiale qui se r??chauffe ?? plus de 1500 ?? C lors de la rentr??e

Un tissu tiss?? de la fibre de carbone filaments, un ??l??ment commun dans mat??riaux composites

Les mat??riaux composites contiennent deux ou plusieurs phases macroscopiques, dont l'un est souvent en c??ramique. Par exemple, une matrice continue et une phase dispers??e de particules de c??ramique ou des fibres.

Applications de mat??riaux composites vont ?? partir d'??l??ments structurels tels que le b??ton renforc?? d'acier, les tuiles isolantes thermiquement qui jouent un r??le cl?? et essentiel dans la NASA Navette spatiale syst??me de protection thermique qui est utilis?? pour prot??ger la surface de la navette ?? partir de la chaleur de la rentr??e dans l'atmosph??re terrestre. Un exemple est Carbone-carbone renforc?? (RCC), le mat??riau gris clair qui r??siste ?? des temp??ratures de rentr??e jusqu'?? 1510 ?? C (2750 ?? F) et prot??ge le bouchon de nez et les bords d'attaque des ailes de la navette spatiale. RCC est un mat??riau composite stratifi?? fabriqu?? ?? partir de graphite tissu rayonne et impr??gn?? d'un r??sine ph??nolique. Apr??s durcissement ?? temp??rature ??lev??e dans un autoclave, le stratifi?? est pyrolyse pour transformer la r??sine en carbone impr??gn?? de alcool furfurylique dans une chambre ?? vide, et on durcit / pyrolys?? pour convertir l'alcool de furfural de carbone. Afin de fournir la r??sistance ?? l'oxydation ?? la capacit?? de r??utilisation, les couches externes de la RCC sont convertis en carbure de silicium.

Exemples int??rieures de composites peut ??tre vu dans les enveloppes ??plastiques?? de t??l??viseurs, t??l??phones cellulaires et ainsi de suite. Ces enveloppes en mati??re plastique sont g??n??ralement un composite constitu?? d'une matrice thermoplastique telle que l'acrylonitrile butadi??ne styr??ne (ABS), dans laquelle le carbonate de calcium craie, talc , fibres de verre ou des fibres de carbone ont ??t?? ajout??es pour r??sistance, en vrac, ou d'une dispersion ??lectrostatique. Ces ajouts peuvent ??tre appel??es fibres de renforcement ou des dispersants, en fonction de leur objet.

Ainsi, le mat??riau de matrice entoure et soutient les mat??riaux de renfort, en maintenant leurs positions relatives. Les renforts conf??rent leurs propri??t??s m??caniques et physiques particuli??res pour am??liorer les propri??t??s de la matrice. Une synergie produit propri??t??s des mat??riaux non disponibles ?? partir des mat??riaux constitutifs individuels, tandis que la grande vari??t?? de matrice et mat??riaux de renforcement fournit au concepteur avec le choix d'une combinaison optimale.

Semi-conducteurs

Puce semi-conductrice sur un substrat de silicium cristallin.

Semi-conducteurs sont des mat??riaux qui poss??dent une r??sistivit?? ??lectrique (et conductivit??) entre celle des conducteurs m??talliques et des isolants non m??talliques. Ils peuvent ??tre trouv??s dans le tableau p??riodique d??pla??ant vers la droite diagonale vers le bas ?? partir de bore . Elles s??parent les conducteurs ??lectriques (ou m??taux, vers la gauche) ?? partir des isolateurs (?? droite).

Dispositifs fabriqu??s ?? partir de mat??riaux semi-conducteurs sont ?? la base de l'??lectronique moderne, y compris la radio, les ordinateurs, les t??l??phones, etc. Dispositifs ?? semiconducteurs comprennent les transistor, cellules solaires, diodes et circuits int??gr??s . Panneaux solaires photovolta??ques sont de grands dispositifs semi-conducteurs qui convertissent directement la lumi??re en ??nergie ??lectrique.

Dans un conducteur m??tallique, le courant est transport?? par le flux d'??lectrons ??, mais dans les semi-conducteurs, le courant peut ??tre effectu??e soit par des ??lectrons ou par la charge positive" trous "dans la structure de bande ??lectronique de la mati??re. Mat??riaux semi-conducteurs communs incluent le silicium, le germanium et l'ars??niure de gallium.

Nanomat??riaux

Silicium massif (?? gauche) et nanopoudres de silicium (?? droite)

Beaucoup de solides traditionnels pr??sentent des propri??t??s diff??rentes quand ils r??tr??cissent aux dimensions nanom??triques. Par exemple, des nanoparticules d'or et de silicium habituellement jaune gris sont de couleur rouge; des nanoparticules d'or fondent ?? des temp??ratures beaucoup plus faibles (~ 300 ?? C pendant 2,5 nm taille) que les plaques d'or (1064 ?? C); et nanofils m??talliques sont beaucoup plus forts que les m??taux en vrac correspondant. La grande surface de nanoparticules les rend extr??mement attrayante pour certaines applications dans le domaine de l'??nergie. Par exemple, les m??taux de platine apportent des am??liorations peuvent ??tre comme carburant automobile catalyseurs , ainsi que Membrane ??changeuse de protons (PEM) des piles ?? combustible. En outre, les oxydes c??ramiques (ou cermets) de lanthane , le c??rium , le mangan??se et le nickel sont en cours d'??laboration comme les piles ?? combustible ?? oxyde solide (SOFC). Lithium, titanate de lithium-tantale et des nanoparticules sont appliqu??es dans les batteries au lithium-ion. des nanoparticules de silicium ont ??t?? montr??s pour ??tendre consid??rablement la capacit?? de stockage des batteries au lithium-ion au cours du cycle d'expansion / contraction. Silicon nanofils cycle, sans d??gradation significative et pr??senter le potentiel d'utilisation dans les batteries avec des temps de stockage beaucoup plus vastes. Nanoparticules de silicium sont ??galement utilis??s dans de nouvelles formes de cellules solaires. D??p??t d'un film mince de silicium les points quantiques sur le substrat d'un photovolta??ques (solaires) augmente cellulaires sortie de tension jusqu'?? 60% en fluorescence la lumi??re entrante avant la capture de silicium polycristallin. L?? encore, la surface des nanoparticules (couches minces) et joue un r??le essentiel dans la maximisation de la quantit?? de rayonnement absorb??.

Biomat??riaux

Collag??ne fibres tiss??es os

Beaucoup de mat??riaux naturels (ou biologiques) sont des composites complexes avec des propri??t??s m??caniques remarquables. Ces structures complexes, qui ont augment?? de plusieurs centaines de millions d'ann??es d'??volution, sont sp??cialistes des mat??riaux d'inspiration dans la conception de nouveaux mat??riaux. Leurs caract??ristiques d??terminantes comprennent hi??rarchie structurelle, la multifonctionnalit?? et la capacit?? d'auto-gu??rison. L'auto-organisation est ??galement une caract??ristique fondamentale de nombreux mat??riaux biologiques et la mani??re dont les structures sont assembl??s depuis le niveau mol??culaire jusqu'??. Ainsi, auto-assemblage est en train de devenir une nouvelle strat??gie dans la synth??se chimique de biomat??riaux de haute performance.

Propri??t??s physiques

Les propri??t??s physiques des ??l??ments et compos??s qui fournissent des preuves concluantes de la composition chimique comprennent une odeur, couleur, volume, densit?? (masse par unit?? de volume), point de fusion, point d'??bullition, la capacit?? thermique, la forme physique et la forme ?? la temp??rature ambiante (solide, liquide ou gazeux ; cubes, cristaux trigonaux, etc.), la duret??, la porosit??, indice de r??fraction et bien d'autres. Cette section traite des propri??t??s physiques des mat??riaux ?? l'??tat solide.

M??canique

Granite formation rocheuse dans la chilienne Patagonie. Comme la plupart inorganiques min??raux form??s par l'oxydation dans l'atmosph??re de la terre, est principalement constitu?? de granit cristalline de la silice SiO ₂ et d'alumine Al ₂ O _3.

Les propri??t??s m??caniques des mat??riaux d??crivent les caract??ristiques telles que leur la force et la r??sistance ?? la d??formation. Par exemple, des poutres d'acier sont utilis??s dans la construction en raison de leur haute r??sistance, ce qui signifie qu'ils ne se brisent ou de le plier de mani??re significative sous la charge appliqu??e.

Les propri??t??s m??caniques comprennent ??lasticit?? et plasticit??, r??sistance ?? la traction, r??sistance ?? la compression, r??sistance au cisaillement, la t??nacit??, ductilit?? (faible en mat??riaux fragiles), et Indentation. M??canique des solides est l'??tude du comportement de la mati??re solide dans les actions ext??rieures telles que les forces externes et les changements de temp??rature.

Un solide ne pr??sente pas de flux macroscopique, comme fluides font. Tout degr?? du d??part de sa forme d'origine est appel?? d??formation. La proportion de la d??formation ?? la taille originale est appel??e souche. Si l'application le stress est suffisamment faible, presque toutes les mati??res solides se comportent d'une mani??re telle que la d??formation est directement proportionnelle ?? la contrainte ( La loi de Hooke). Le coefficient de la proportion est appel?? le module d'??lasticit?? ou Le module de Young. Cette r??gion de d??formation est connue comme la r??gion ??lastique lin??aire. Trois mod??les peuvent d??crire comment un solide r??pond ?? une contrainte appliqu??e:

• ??lasticit?? - Quand une contrainte appliqu??e est retir??e, les rendements mat??riels ?? son ??tat non d??form??.
• Visco??lasticit?? - Ce sont des mat??riaux qui se comportent de mani??re ??lastique, mais aussi d'amortissement. Lorsque la contrainte appliqu??e est retir??e, le travail doit ??tre fait ?? l'encontre des effets d'amortissement et est convertie en chaleur dans le mat??riau. Il en r??sulte une boucle d'hyst??r??sis dans la courbe contrainte-d??formation. Cela implique que la r??ponse m??canique a une d??pendance temporelle.
• Plasticit?? - Les mat??riaux qui se comportent de mani??re ??lastique g??n??ralement le faire lorsque la contrainte appliqu??e est inf??rieure ?? une valeur de rendement. Lorsque le stress est sup??rieur ?? la limite d'??lasticit??, le mat??riau se comporte plastiquement et ne retourne pas ?? son ??tat pr??c??dent. Ce est, une d??formation plastique irr??versible (ou ??coulement visqueux) se produit apr??s un rendement qui est permanent.

De nombreux mat??riaux deviennent plus faibles ?? des temp??ratures ??lev??es. Les mat??riaux qui conservent leur r??sistance aux hautes temp??ratures, appel??s mat??riaux r??fractaires, sont utiles pour de nombreuses fins. Par exemple, verre-c??ramique sont devenus extr??mement utile pour la cuisson de comptoir, car ils pr??sentent d'excellentes propri??t??s m??caniques et peut soutenir r??p??t??e et la temp??rature change rapidement jusqu'?? 1000 ?? C. Dans l'industrie a??rospatiale, les mat??riaux de haute performance utilis??s dans la conception des a??ronefs et / ou ext??rieur de l'engin spatial doivent avoir une haute r??sistance aux chocs thermiques. Ainsi, les fibres synth??tiques fil??es de polym??res organiques et / mat??riaux composites c??ramique / m??tal de polym??re et des polym??res renforc??s par des fibres sont maintenant con??us dans ce but ?? l'esprit.

Thermique

Modes normaux de vibration atomique dans un solide cristallin.

??tant donn?? que les solides ont ??nergie thermique, leurs atomes vibrent sur les positions moyennes fixes dans le r??seau ordonn?? (ou d??sordre). Le spectre des vibrations du r??seau dans un r??seau cristallin ou vitreux fournit la fondation pour la th??orie cin??tique des solides. Ce mouvement se produit ?? l'??chelle atomique, et donc ne peut pas ??tre observ?? ou d??tect?? sans ??quipement hautement sp??cialis??, tel que celui utilis?? dans la spectroscopie .

Propri??t??s thermiques des solides comprennent conductivit?? thermique, qui est la propri??t?? d'un mat??riau qui indique sa capacit?? ?? conduire la chaleur. Les solides ont aussi une capacit?? sp??cifique de chaleur, qui est la capacit?? d'un mat??riau ?? stocker de l'??nergie sous forme de chaleur (ou vibrations du r??seau thermiques).

??lectrique

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Vid??o de la l??vitation supraconductrice YBCO