คุณสมบัติความงามพื้นฐานของวัสดุก่อสร้าง

ผลิตภัณฑ์ทรงยาวก็เหมือนกับผลิตภัณฑ์รีดอื่นๆ มีลักษณะและข้อกำหนดเป็นของตัวเอง มันแตกต่างกันในเรื่องความแม่นยำ วัสดุ ขนาด และพารามิเตอร์อื่นๆ อย่างไรก็ตาม การจำแนกประเภทที่สำคัญจริงๆ คือความแตกต่างระหว่างผลิตภัณฑ์ขนาดยาวโดยพิจารณาจากคุณภาพพื้นผิว - 1PG รีดเพื่อใช้โดยไม่ต้องมีการเตรียมพื้นผิว - 2PG ผลิตภัณฑ์รีดสำหรับการแปรรูปร้อนด้วยแรงดัน - 3PG ผลิตภัณฑ์รีดสำหรับเครื่องจักรกล การแปรรูปเย็นโดยเฉพาะโดยการตัด แต่ละผลิตภัณฑ์ในหมวดหมู่นี้มีลักษณะเฉพาะของตัวเองซึ่งกำหนดโดยรูปร่างและขอบเขตของการใช้งาน เรามาพูดถึงตัวแทนแต่ละคนแยกกัน วงกลมเหล็ก. หากเราเปรียบเทียบสถิติการผลิตผลิตภัณฑ์ทรงยาว วงกลมเหล็ก จะกลายเป็นสินค้าที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในอุตสาหกรรมนี้ ในแบบของฉันเอง รูปร่างวงกลมเหล็กเป็นแท่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหน้าตัดซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 5 ถึง 270 มิลลิเมตร นอกจากนี้หากจำเป็นก็สามารถเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางเป็น 330 มม. ผลิตภัณฑ์ทรงยาวประเภทนี้ผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโลหะผสมต่ำ โลหะผสมต่ำ เหล็กกล้าคาร์บอนคุณภาพสูง ตลอดจนจากวัตถุดิบโลหะผสมสูง ขอบเขตการใช้งานของผลิตภัณฑ์ชนิดยาวประเภทนี้กว้างมาก ใช้ในการก่อสร้าง วิศวกรรมหนัก และการต่อเรือ นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตตาข่าย การเสริมแรง และรั้วอีกด้วย ประเภทต่างๆ- บางครั้งก็ใช้เป็นฐานในการปลอม

เหล็กกล้าทรงสี่เหลี่ยม ผลิตภัณฑ์ที่มีความเกี่ยวข้องมากที่สุดเป็นอันดับสองในซีรีส์นี้ เป็นแท่งที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส ขนาดของด้านข้างของสี่เหลี่ยมจัตุรัสดังกล่าวอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ 6 ถึง 200 มิลลิเมตร ฐานวัตถุดิบสำหรับเหล็กสี่เหลี่ยมนั้นคล้ายคลึงกับการผลิตวงกลมเหล็กโดยสิ้นเชิง เหล่านี้เป็นเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำที่มีคุณภาพธรรมดาและมีคุณภาพสูง เหล็กกล้าโลหะผสมสูง เหล็กกล้าคาร์บอนที่มีคุณภาพธรรมดาและมีคุณภาพสูง พื้นที่การใช้งานของเหล็กสี่เหลี่ยมถูกกำหนดโดยรูปทรงเรขาคณิตที่ถูกต้อง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างที่มีความแม่นยำทุกประเภท ตั้งแต่การเสริมแรงไปจนถึงการสร้างรั้ว ตาข่าย และม้านั่งที่ซับซ้อน เราจะละเว้นเหล็กหกเหลี่ยมจากการพิจารณา เนื่องจากมีลักษณะค่อนข้างคล้ายกับสี่เหลี่ยมจัตุรัสในลักษณะทั่วไป แม้ว่าเมื่อทำงานร่วมกับตัวแทนของผลิตภัณฑ์ขนาดยาวนี้ ความแตกต่างของคุณอาจปรากฏขึ้นเมื่อพิจารณาปัญหาใด ๆ โดยละเอียด ตัวแทนสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ขนาดยาวที่เราจะพิจารณาคือแถบเหล็ก ขนาดของแถบเหล็กอาจแตกต่างกันไปในขนาดต่างๆ สิ่งนี้ใช้ได้กับทั้งความยาวและขนาดของด้านหน้าตัด โดยวิธีการตัดขวางของแถบเหล็กเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ในด้านการใช้งานแถบเหล็กคือแชมป์ตัวจริง ผลิตภัณฑ์นี้ใช้ในรูปแบบดั้งเดิม ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อน และกลายเป็นช่องว่างสำหรับการผลิตเครื่องมือและโปรไฟล์โค้งงอทุกชนิด แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะระบุขอบเขตการใช้งานแถบเหล็กเนื่องจากเหล็กแผ่นรีดประเภทนี้ถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในทุกด้านของชีวิตมนุษย์ นี่คือรายชื่อตัวแทนสินค้าขนาดยาว ขึ้นอยู่กับ ลักษณะทั่วไปคุณจะสามารถตัดสินใจได้อย่างแน่นอนว่าคุณต้องการสิ่งใดและจะใช้ผลิตภัณฑ์นี้อย่างไรให้ดีที่สุดเพื่อประโยชน์ขององค์กรของคุณ

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกลพื้นฐานของพลาสติกจะเหมือนกับโลหะ

พลาสติกมีคุณลักษณะเด่นคือความหนาแน่นต่ำ (0.85-1.8 g/cm³) ค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนต่ำมาก และความแข็งแรงเชิงกลไม่สูงมาก เมื่อถูกความร้อน (มักจะทำให้อ่อนตัวลงเบื้องต้น) พวกมันจะสลายตัว ไม่ไวต่อความชื้น ทนต่อกรดและเบสแก่ ทัศนคติต่อตัวทำละลายอินทรีย์จะแตกต่างกันไป (ขึ้นอยู่กับ ลักษณะทางเคมีพอลิเมอร์) ทางสรีรวิทยาแทบไม่เป็นอันตราย คุณสมบัติของพลาสติกสามารถแก้ไขได้โดยวิธีโคพอลิเมอร์ไรเซชันหรือวิธีโพลิเมอไรเซชันแบบสเตอริโอจำเพาะ โดยการรวมพลาสติกชนิดต่างๆ เข้าด้วยกันหรือกับวัสดุอื่นๆ เช่น ใยแก้ว ผ้าสิ่งทอ การเติมสารตัวเติมและสีย้อม พลาสติไซเซอร์ สารเพิ่มความคงตัวของความร้อนและแสง การฉายรังสี เป็นต้น เช่นเดียวกับวัตถุดิบที่แตกต่างกัน เช่น การใช้โพลีออลและไดไอโซไซยาเนตที่เกี่ยวข้องในการผลิตโพลียูรีเทน

ความแข็งของพลาสติกถูกกำหนดโดย Brinell ที่น้ำหนัก 50-250 kgf บนลูกบอลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มม.

ความต้านทานความร้อนของ Martens คืออุณหภูมิที่บล็อกพลาสติกที่มีขนาด 120 × 15 × 10 มม. งอที่ช่วงเวลาที่คงที่ ทำให้เกิดความเค้นดัดงอมากที่สุดบนขอบ 120 × 15 มม. เท่ากับ 50 กก./ซม.² จะยุบตัวหรืองอ เพื่อให้อันที่ยึดอยู่ที่ส่วนท้ายของตัวอย่าง คันโยกยาว 210 มม. จะขยับได้ 6 มม.

ความต้านทานความร้อนของ POVIC คืออุณหภูมิที่แท่งทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.13 มม. ภายใต้อิทธิพลของน้ำหนัก 5 กก. (สำหรับพลาสติกอ่อน 1 กก.) จะลึกเข้าไปในพลาสติก 1 มม.

อุณหภูมิความเปราะ (ความต้านทานต่อน้ำค้างแข็ง) คืออุณหภูมิที่พลาสติกหรือวัสดุยืดหยุ่นสามารถแตกหักเปราะเมื่อกระแทก

เพื่อมอบคุณสมบัติพิเศษให้กับพลาสติก จึงมีการเติมพลาสติไซเซอร์ (ซิลิคอน, ไดบิวทิลพทาเลท, PEG ฯลฯ), สารหน่วงการติดไฟ (กรดไดฟีนิลบิวเทนซัลโฟนิก) และสารต้านอนุมูลอิสระ (ไตรฟีนิลฟอสไฟต์, ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว)

การผลิต พลาสติกสังเคราะห์ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาโพลีเมอไรเซชัน โพลีคอนเดนเซชัน หรือปฏิกิริยาโพลีแอดดิชันของสารตั้งต้นที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่แยกได้จากถ่านหิน น้ำมัน หรือก๊าซธรรมชาติ เช่น เบนซิน เอทิลีน ฟีนอล อะเซทิลีน และโมโนเมอร์อื่นๆ ในกรณีนี้ พันธะโมเลกุลสูงจะเกิดขึ้นจากโมเลกุลเริ่มต้นจำนวนมาก (คำนำหน้า "โพลี-" จากภาษากรีก "มากมาย" เช่น เอทิลีน-โพลีเอทิลีน)

• การจำแนกประเภท วัสดุก่อสร้างตามคุณสมบัติด้านสุนทรียภาพ
• รูปร่างเป็นเกณฑ์ในการประเมินความสวยงามของวัสดุ
• แนวคิดเรื่องสีในลักษณะสุนทรีย์ของวัสดุ
• พื้นผิวเป็นลักษณะความงามที่สำคัญ
• การวาดภาพเป็นเกณฑ์ในการประเมินความสวยงาม

สถาปนิก นักออกแบบ และโดยทั่วไป ทุกคนที่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการก่อสร้างอาคาร การตกแต่งภายนอกและภายใน และการออกแบบภายใน จะต้องเข้าใจการจำแนกประเภทคุณสมบัติด้านสุนทรียศาสตร์ของวัสดุก่อสร้าง คุณสมบัติเหล่านี้ได้แก่ รูปร่าง ลวดลาย พื้นผิว และสี พารามิเตอร์แต่ละตัวมีความสำคัญมาก เช่นเดียวกับความเข้ากันได้ของพารามิเตอร์แต่ละตัว ทุกอย่างต้องคิดและทำเพื่อว่าหลังจากก่อสร้างและตกแต่งเสร็จแล้วอาคารจะดูสวยงามและสวยงามทั้งภายในและภายนอก

ในบรรดาวัสดุไม้สมัยใหม่ จากมุมมองด้านสุนทรียศาสตร์และสิ่งแวดล้อม วัสดุก่อสร้างที่ทำจากไม้ธรรมชาติมีความโดดเด่นเป็นอันดับแรก

การจำแนกประเภทของวัสดุก่อสร้างตามคุณสมบัติด้านสุนทรียภาพ

โดยรวมแล้วมีลักษณะทางสถาปัตยกรรมและศิลปะของวัสดุก่อสร้าง 2 กลุ่มใหญ่ ประการแรกมีคุณสมบัติที่อธิบายความสวยงามของผลิตภัณฑ์และวัสดุก่อสร้างโดยตรงเช่น การออกแบบ รูปร่าง พื้นผิว และสี

คุณสมบัติด้านสุนทรียศาสตร์ของอิฐส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบและประเภทของวัตถุดิบที่ใช้ เช่น ดินเหนียว

กลุ่มที่สองประกอบด้วยจุดที่แสดงถึงลักษณะความเข้ากันได้ด้านสุนทรียศาสตร์ของวัสดุเฉพาะกับวัสดุอื่นที่ใช้ในการก่อสร้างหรือตกแต่งสถานที่ ความเข้ากันได้ของคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุกับสภาพแวดล้อมที่เกินขอบเขตการใช้งานก็ถูกนำมาพิจารณาด้วย

คุณสมบัติด้านสุนทรียภาพของวัสดุแต่ละอย่างพิจารณาจากมุมมองทางกายภาพ จิตวิทยา และสรีรวิทยา ลักษณะทางกายภาพสามารถวัดปริมาณตาม ถอนเงินง่ายๆการวัดทางเรขาคณิตหรือการใช้เครื่องมือพิเศษ เช่น สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ โฟโตมิเตอร์ เป็นต้น

คุณสมบัติทางสรีรวิทยาสามารถวัดปริมาณได้โดยใช้วิธีการวัดสี เกี่ยวกับ คุณสมบัติทางจิตวิทยาดังนั้นในเรื่องนี้ ทุกสิ่งทุกอย่างเป็นเรื่องส่วนบุคคลเป็นส่วนใหญ่ ไม่สามารถระบุคุณสมบัติดังกล่าวได้

กลับไปที่เนื้อหา

รูปร่างเป็นเกณฑ์ในการประเมินความสวยงามของวัสดุ

คุณสมบัติเช่นรูปร่างของวัสดุก่อสร้างไม่ได้เป็นเพียงตัวบ่งชี้การทำงานหลักเท่านั้น แต่ยังเป็นเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดสำหรับลักษณะสุนทรียภาพอีกด้วย ผู้สร้างและสถาปนิกมีความกังวลมาตั้งแต่สมัยโบราณเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุก่อสร้างมีรูปแบบที่ได้สัดส่วนและมีความหมาย ตัวอย่างเช่นการวางฐานของรูปสลักจาก หินธรรมชาติทำจากบล็อกขนาดใหญ่ที่ผ่านการแปรรูปอย่างหยาบๆ ส่วนบนของผนังปูด้วยหินก้อนเล็กๆ เรียบๆ ด้วยเทคนิคนี้ ผนังจึงดูสว่างขึ้นและมีความสวยงามมากขึ้น

แนวคิดเรื่องความสวยงามของรูปทรงจำเป็นต้องรวมถึงเรขาคณิตของวัสดุด้วย สำหรับผลิตภัณฑ์เชิงปริมาตรนั้นสามารถเป็นแบบขนาน, ลูกบาศก์, ทรงกระบอก ฯลฯ สำหรับวัสดุเรียบ นี่คือรูปทรงหลายเหลี่ยม สี่เหลี่ยมจัตุรัส สี่เหลี่ยมผืนผ้า ฯลฯ นอกจากนี้ยังคำนึงถึงอัตราส่วนของขนาดหลักด้วย

ผู้สร้าง สถาปนิก และนักเทคโนโลยีได้ทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างรูปทรงและขนาดที่เหมาะสมของอิฐ ทำให้ใช้งานง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เป็นสัดส่วน และในเวลาเดียวกันก็รับประกันความสวยงาม ก่ออิฐเสร็จแล้วโดยไม่ต้องตกแต่งเพิ่มเติม

สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือรูปร่างของไม่เพียง แต่วัสดุก่อสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสุขภัณฑ์งานไม้และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ หลายประเภทซึ่งต้องได้รับความสนใจอย่างมากในกระบวนการออกแบบสถาปัตยกรรมของอาคาร รูปร่างของวัสดุที่ใช้สำหรับตกแต่งพื้นและผนังสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ มีโซลูชั่นให้เลือกมากมายซึ่งช่วยให้การตกแต่งภายในมีความสะดวกสบายและสวยงามที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

รูปร่างเป็นเกณฑ์ที่สำคัญมากในการประเมินคุณสมบัติด้านสุนทรียศาสตร์ของวัสดุก่อสร้างเช่น:

1. ไม้ปาร์เก้เป็นชิ้น
2. กระจกโปรไฟล์
3. ราวจับและวัสดุทำโปรไฟล์อื่นๆ ที่ทำจากอลูมิเนียม พลาสติก และพลาสติก
4. สเกิร์ตบอร์ด.
5. บล็อกแก้ว.
6. แพลตแบนด์
7. วัสดุบรรเทาใช้สำหรับหุ้มภายในบ้านและด้านหน้าอาคาร ที่ทำจากพลาสติกขึ้นรูปสุญญากาศหรือโลหะประทับตรา ฯลฯ

กลับไปที่เนื้อหา

แนวคิดเรื่องสีในลักษณะสุนทรีย์ของวัสดุ

นอกจากรูปทรงแล้ว คุณสมบัติด้านสุนทรียศาสตร์หลักประการหนึ่งของวัสดุก็คือสี พารามิเตอร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเลือกวัสดุตกแต่งสำหรับการตกแต่งภายในและภายนอกอาคารและโครงสร้าง ในกระบวนการออกแบบอาคารและการตกแต่ง ในขั้นตอนการเลือกวัสดุตกแต่งเฉพาะ สถาปนิกที่มีความสามารถจำเป็นต้องคำนึงถึงประเด็นสำคัญหลายประการ กล่าวคือ:

1. ปัจจัยวัตถุประสงค์บนพื้นฐานของการรับรู้สี
2. ความสัมพันธ์ระหว่างสีของวัสดุกับพื้นผิวและรูปร่าง
3. บทบาทของแสงและเงาและปัจจัยอื่นๆ อีกมากมาย

ตัวอย่างเช่น หากต้องการ คุณสามารถใช้สีเพื่อบิดเบือนระดับเสียง ทำลายกำแพงด้วยสายตา หรือบังคับให้ผู้สังเกตรับรู้สัดส่วนของวัตถุแตกต่างออกไป ด้วยความช่วยเหลือของปฏิกิริยาตอบสนองสี คุณสามารถเปลี่ยนแปลงเฉดสีของพื้นผิวได้ ตัวอย่างเช่น หากเลือกพรมสีแดงสำหรับพื้น ผู้สังเกตการณ์ส่วนใหญ่จะมองเห็นผนังสีขาวของห้องเป็นสีชมพูอ่อน

เมื่อออกแบบตกแต่งภายใน มักใช้วัสดุโทนสีอบอุ่นในการตกแต่งผนังส่วนปลาย ซึ่งจะช่วยลดความยาวของห้องด้วยสายตา ทำให้คุณมองเห็นรูปทรงเรขาคณิตได้ถูกต้องมากขึ้น หากจำเป็นต้องขยายสถานที่ให้ยาวขึ้น ผนังด้านไกลจะเสร็จสิ้นด้วยวัสดุที่มีเฉดสีเย็นและไม่อิ่มตัว

ในการออกแบบตกแต่งภายในมีการใช้เทคนิคกันอย่างแพร่หลายซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนแปลงลักษณะสีของสิ่งประดิษฐ์และวัสดุก่อสร้างและตกแต่งตามธรรมชาติได้เมื่อจำเป็น เพื่อจุดประสงค์นี้ เม็ดสีจึงถูกนำมาใช้ซึ่งเป็นสารสีบดละเอียดที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์และอนินทรีย์ เม็ดสีถูกนำมาใช้ในองค์ประกอบของวัสดุก่อสร้างในขั้นตอนการผลิตหรือใช้ในการผลิตสารเคลือบและองค์ประกอบสีสำหรับตกแต่งพื้นผิวป้องกันและตกแต่ง

วัสดุก่อสร้างสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติสีได้อย่างมาก และในระหว่างการใช้งานตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น ภายใต้อิทธิพลของออกซิเจน พื้นผิวของวัสดุหลายชนิดจะออกซิไดซ์และเปลี่ยนสีเดิมและพื้นผิวได้ หากวัสดุสามารถรักษาสีเดิมไว้ได้ตลอดการใช้งานเป็นเวลานาน วัสดุนั้นจะถูกจัดประเภทเป็นสีที่ติดเร็ว คุณสมบัตินี้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความทนทานของเม็ดสีที่ใช้ นอกจากนี้ วัสดุบางชนิดยังเปลี่ยนสีเมื่อเวลาผ่านไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุก่อสร้างโพลีเมอร์ที่ทาสีแล้ว

กลับไปที่เนื้อหา

พื้นผิวเป็นลักษณะความงามที่สำคัญ

ควรเข้าใจพื้นผิวว่าเป็นโครงสร้างที่มองเห็นได้ของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์หรือวัสดุใดๆ พื้นผิวจะถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะของพื้นผิว: แบบนูนและแบบเรียบแต่ละกลุ่มเหล่านี้แบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยจำนวนมาก ตัวอย่างเช่น ความเรียบของพื้นผิวอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่เรียบหยาบไปจนถึงมันวาวเหมือนกระจก ความโล่งใจแบ่งออกเป็นกลุ่มย่อยตามลักษณะและความสูงของความโล่งใจ

วัสดุก่อสร้างและตกแต่งซึ่งมีพื้นผิวเรียบสนิทสะท้อนแสงแสงไปในทิศทางเดียว จากทิศทางนี้ ผู้สังเกตการณ์จะมองเห็นพื้นผิวเป็นมันเงา วัสดุหยาบมีลักษณะเฉพาะคือการสะท้อนแสงตกกระทบที่กระจัดกระจายไปในทิศทางที่ต่างกัน

พื้นผิวนูนมีสองประเภทย่อยหลัก:

1. จัดระเบียบโดดเด่นด้วยการปรากฏตัวของรูปแบบนูนที่สม่ำเสมอและมักจะเป็นรูปทรงเรขาคณิต
2. ไม่มีการรวบรวมกัน วัสดุที่มีพื้นผิวนี้มีรูปแบบภายนอกที่วุ่นวายและไม่สม่ำเสมอ

ตัวอย่างของพื้นผิวที่มีการจัดระเบียบคือพื้นผิวลูกฟูกของหินจริง พื้นผิวที่ไม่มีการรวบรวมกัน เช่น คอนกรีตที่มีมวลรวมที่มองเห็นได้ ตัวอย่างของการประมวลผลพื้นผิวของพื้นผิววัสดุก่อสร้างคือการประมวลผลส่วนหน้าของหินธรรมชาติที่ราบรื่นและนูน

ไม้ยังสามารถมีพื้นผิวเรียบและเป็นพื้นผิวได้ พบพื้นผิวได้หลากหลายในกรณีของคอนกรีตเปลือย ศักยภาพของวัสดุแก้ว โพลีเมอร์ เซรามิก ซีเมนต์ใยหิน และยิปซั่มยังไม่เกิดขึ้นจริงอย่างสมบูรณ์ วัสดุเหล่านี้มีความเป็นไปได้มากมาย ทำให้คุณสามารถเล่นกับสิ่งแวดล้อมได้หลากหลายวิธี

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับพื้นผิวของวัสดุเมื่อหุ้มด้านหน้าและผนังของอาคาร

วัสดุมีความลึกซึ้งในวัฒนธรรมของเรามากกว่าที่หลายๆ คนจะตระหนัก องค์ประกอบที่จำเป็นของเรา ชีวิตประจำวันคือการขนส่ง ที่อยู่อาศัย การสื่อสาร การพักผ่อนหย่อนใจ การผลิตอาหาร และทั้งหมดนี้ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง จากมุมมองทางประวัติศาสตร์ การพัฒนาและความสำเร็จของระเบียบสังคมนั้นเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับความสามารถของผู้คนในการผลิตและแปรรูปวัสดุเพื่อตอบสนองความต้องการที่มีอยู่ อารยธรรมยุคแรกยังระบุได้ด้วยชื่อของวัสดุที่ผู้คนเรียนรู้การใช้ เช่น ยุคหิน ยุคสำริด ยุคเหล็ก

ในระยะแรก การดำรงอยู่ของมนุษย์ผู้คนใช้วัสดุจำนวนจำกัดมาก สิ่งเหล่านี้เป็นวัสดุตามธรรมชาติที่พบในธรรมชาติ เช่น หิน ไม้ ดินเหนียว หนังสัตว์ ฯลฯ เมื่อเวลาผ่านไป ผู้คนเรียนรู้ที่จะผลิตวัสดุที่มีคุณสมบัติเหนือกว่าผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ เหล่านี้เป็นวัสดุใหม่ เช่น เซรามิกและโลหะต่างๆ ต่อมาพบว่าคุณสมบัติของวัสดุสามารถปรับเปลี่ยนได้จากการอบชุบด้วยความร้อนหรือการเติมสารต่างๆ ลงไป ในเวลานั้น การเลือกใช้วัสดุถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบตัวเลือกจำนวนจำกัดมาก โดยพิจารณาจากคุณภาพสำหรับวัตถุประสงค์เฉพาะ เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตระหนักว่ามีความสอดคล้องกันระหว่างองค์ประกอบโครงสร้างที่ประกอบเป็นวัสดุและตัววัสดุเอง ความรู้นี้มีให้เมื่อประมาณ 100 ปีที่แล้ว และสาเหตุหลักมาจากการที่ผู้คนเรียนรู้ที่จะประเมินคุณลักษณะของวัสดุ ทั้งหมดนี้นำไปสู่การเกิดขึ้นของวัสดุที่แตกต่างกันนับหมื่นชนิดที่มีคุณสมบัติเฉพาะเจาะจงมาก ซึ่งทำให้สามารถตอบสนองความต้องการที่ซับซ้อนที่สุดได้ สังคมสมัยใหม่- วัสดุที่ใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ โลหะ โพลีเมอร์ แก้ว และเส้นใย

ความสำเร็จของเทคโนโลยีสมัยใหม่ซึ่งทำให้การดำรงอยู่ของเราสะดวกสบายนั้นสัมพันธ์กับความจริงที่ว่ามีวัสดุที่เหมาะสมให้เลือกใช้ ความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจว่าอะไรเป็นตัวกำหนดประเภทของวัสดุมักจะเกิดขึ้นก่อนการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ตัวอย่างเช่น การพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์คงเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการพัฒนาเหล็กที่มีราคาไม่แพงนักหรือวัสดุที่เหมาะสมอื่นๆ ปัจจุบันการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนจำนวนมากขึ้นอยู่กับการใช้ส่วนประกอบที่ทำจากวัสดุที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์

เหตุใดเราจึงวิจัยวัสดุ? นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำนวนมากที่ทำงานในสาขาวิศวกรรมเครื่องกล วิศวกรรมโยธา วิศวกรรมเคมีหรือไฟฟ้า ไม่ช้าก็เร็วต้องเผชิญกับงานในการพัฒนาการออกแบบผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ได้แก่ เกียร์ส่ง โครงสร้างที่ใช้ในการก่อสร้าง ชิ้นส่วนสำหรับอุปกรณ์การกลั่นน้ำมัน และชิปรวม แน่นอนว่านักวิทยาศาสตร์และวิศวกรด้านวัสดุเป็นผู้เชี่ยวชาญที่คุ้นเคยกับความท้าทายในการศึกษาวัสดุและความท้าทายในการออกแบบผลิตภัณฑ์จากพวกเขา

ในหลายกรณี งานคือการเลือกวัสดุที่เหมาะสมจากที่มีอยู่หลายพันรายการที่มีอยู่ในตลาด มีหลายเกณฑ์ขึ้นอยู่กับว่าควรตัดสินใจเลือกขั้นสุดท้ายอย่างไร ประการแรกจำเป็นต้องระบุเงื่อนไขการใช้งานผลิตภัณฑ์อย่างชัดเจนเนื่องจากจะกำหนดคุณสมบัติที่จำเป็นของวัสดุ เฉพาะในกรณีที่หายากมากเท่านั้นที่จะมีวัสดุที่ตรงตามข้อกำหนดในขอบเขตสูงสุดหรือในอุดมคติ ดังนั้นจึงมักจำเป็นต้องละเลยคุณลักษณะบางประการของวัสดุเมื่อเปรียบเทียบกับคุณสมบัติอื่นที่สำคัญกว่า ตัวอย่างคลาสสิกคือข้อกำหนดด้านความแข็งแรงและความเหนียว โดยทั่วไปแล้ว วัสดุที่มีความแข็งแรงสูงมากจะไม่มีความเหนียวเพียงพอ ในกรณีดังกล่าวทั้งหมด จะต้องทำการประนีประนอมตามสมควรระหว่างคุณสมบัติที่จำเป็นตั้งแต่สองรายการขึ้นไป

ถัดไปจำเป็นต้องเลือกว่าคุณสมบัติของวัสดุอาจลดลงในระหว่างการทำงานของผลิตภัณฑ์มากน้อยเพียงใด ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงที่ลดลงอย่างเห็นได้ชัดอาจเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นหรือการกัดกร่อนใน สิ่งแวดล้อม- ท้ายที่สุด ข้อโต้แย้งที่ชี้ขาดอาจเกี่ยวข้องกับการพิจารณาทางเศรษฐกิจ ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะเป็นอย่างไร? คุณสามารถค้นหาวัสดุที่เหมาะกับความต้องการทั้งหมดในแง่ของคุณสมบัติของวัสดุได้ แต่จะมีราคาแพงมาก ขอย้ำอีกครั้งว่าการประนีประนอมบางอย่างเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ โปรดทราบว่าราคานี้รวม ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายไม่เพียงแต่รวมถึงต้นทุนของวัสดุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงต้นทุนระหว่างกระบวนการขึ้นรูปด้วย ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป.

ยิ่งนักวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรที่คุ้นเคยมีคุณสมบัติต่างๆ ของวัสดุและความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุ ตลอดจนเทคโนโลยีการผลิตผลิตภัณฑ์ ยิ่งเลือกใช้วัสดุที่มีความชำนาญและเชื่อถือได้มากขึ้นตามสิ่งเหล่านี้ เกณฑ์.

การจำแนกประเภทของวัสดุ

โดยทั่วไปวัสดุแข็งจะแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก ได้แก่โลหะ เซรามิค และโพลีเมอร์ การแบ่งส่วนนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะของโครงสร้างทางเคมีและโครงสร้างอะตอมของสารเป็นหลัก วัสดุส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้อย่างชัดเจนเป็นกลุ่มเดียวหรืออีกกลุ่มหนึ่ง แม้ว่ากรณีระดับกลางก็เป็นไปได้เช่นกัน นอกจากนี้ควรสังเกตว่ามีคอมโพสิตที่รวมวัสดุที่อยู่ในกลุ่มที่ระบุไว้สองหรือสามกลุ่ม ด้านล่างจะได้รับ คำอธิบายสั้น ๆมีการระบุวัสดุประเภทต่างๆ และลักษณะเปรียบเทียบ

วัสดุอีกประเภทหนึ่งเป็นวัสดุขั้นสูงที่มีไว้สำหรับใช้ในพื้นที่ที่มีเทคโนโลยีสูง เช่น สารกึ่งตัวนำ วัสดุชีวภาพ วัสดุอัจฉริยะ และสารที่ใช้ในนาโนเทคโนโลยี

โลหะ

วัสดุที่อยู่ในกลุ่มนี้ประกอบด้วยโลหะตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป (เช่น เหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง ไทเทเนียม ทอง นิกเกิล) และบ่อยครั้งยังมีองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะบางชนิด (เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน หรือออกซิเจน) ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย
อะตอมในโลหะและโลหะผสมถูกจัดเรียงตามลำดับที่สมบูรณ์แบบมาก นอกจากนี้เมื่อเทียบกับเซรามิกและ วัสดุโพลีเมอร์ความหนาแน่นของโลหะค่อนข้างสูง

เกี่ยวกับ คุณสมบัติทางกลดังนั้นวัสดุทั้งหมดเหล่านี้จึงค่อนข้างแข็งและทนทาน นอกจากนี้ยังมีความเป็นพลาสติกบางอย่าง (เช่นความสามารถในการรับการเสียรูปขนาดใหญ่โดยไม่ทำลาย) และความต้านทานต่อการทำลายซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงการใช้งานอย่างแพร่หลายในโครงสร้างที่หลากหลาย

วัสดุที่เป็นโลหะประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่ถูกแยกส่วนจำนวนมาก กล่าวคือ อิเล็กตรอนที่ไม่เกี่ยวข้องกับอะตอมจำเพาะ การมีอยู่ของอิเล็กตรอนดังกล่าวซึ่งอธิบายคุณสมบัติหลายประการของโลหะได้โดยตรง ตัวอย่างเช่น โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเป็นพิเศษ พวกมันไม่สามารถเข้าถึงแสงที่มองเห็นได้ พื้นผิวโลหะขัดมันเงา นอกจากนี้ โลหะบางชนิด (เช่น เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล) ยังมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งาน

เซรามิกส์

เซรามิกเป็นกลุ่มของวัสดุที่มีตำแหน่งตรงกลางระหว่างโลหะและองค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ ยังไง กฎทั่วไปประเภทของเซรามิกประกอบด้วยออกไซด์ ไนไตรด์ และคาร์ไบด์ ตัวอย่างเช่น เซรามิกบางประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุดประกอบด้วยอลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2 O 3), ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO 2), ซิลิคอนไนไตรด์ (Si 3 N 4) นอกจากนี้ สารที่หลายคนเรียกว่าวัสดุเซรามิกแบบดั้งเดิมยังรวมถึงดินเหนียวต่างๆ (โดยเฉพาะที่ใช้ทำเครื่องลายคราม) รวมไปถึงคอนกรีตและแก้ว สำหรับคุณสมบัติทางกล เซรามิกเป็นวัสดุที่ค่อนข้างแข็งและทนทาน ซึ่งเทียบได้กับคุณสมบัติเหล่านี้กับโลหะ นอกจากนี้เซรามิกประเภททั่วไปยังมีความแข็งมาก อย่างไรก็ตาม เซรามิกเป็นวัสดุที่เปราะเป็นพิเศษ (ขาดความเหนียวเกือบทั้งหมด) และมีความต้านทานต่อการแตกหักได้ต่ำ เซรามิกทุกประเภททั่วไปไม่นำความร้อนและ กระแสไฟฟ้า(เช่น ค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก)

เซรามิกส์มีเอกลักษณ์เฉพาะด้วยความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและอิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นอันตราย สำหรับคุณสมบัติทางแสง เซรามิกสามารถมีความโปร่งใส โปร่งแสง หรือทึบแสงได้ทั้งหมด และออกไซด์บางชนิด เช่น เหล็กออกไซด์ (Fe 2 O 3) มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก

คอมโพสิต

คอมโพสิตคือการรวมกันของวัสดุสองชนิด (หรือมากกว่า) ที่แยกจากกันซึ่งอยู่ในประเภทต่างๆ ของสารที่ระบุไว้ข้างต้น เช่น โลหะ เซรามิก และโพลีเมอร์ เป้าหมายของการสร้างคอมโพสิตคือความปรารถนาที่จะบรรลุการผสมผสานระหว่างคุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ที่ไม่สามารถหาได้จากส่วนประกอบแต่ละชิ้น รวมทั้งเพื่อให้ได้คุณลักษณะที่ผสมผสานกันอย่างเหมาะสมที่สุด เป็นที่ทราบกันว่ามีวัสดุผสมหลายชนิดซึ่งได้มาจากการรวมโลหะ เซรามิก และโพลีเมอร์ นอกจากนี้บางส่วน วัสดุธรรมชาติยังเป็นวัสดุผสม เช่น ไม้และกระดูก อย่างไรก็ตาม คอมโพสิตส่วนใหญ่ที่กล่าวถึงในหนังสือเล่มนี้เป็นวัสดุที่ได้มาจากวัสดุสังเคราะห์

หนึ่งในความนิยมและคุ้นเคยกับทุกคนมากที่สุด วัสดุคอมโพสิตเป็นไฟเบอร์กลาส วัสดุนี้ประกอบด้วยเส้นใยแก้วสั้นที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โพลีเมอร์ ซึ่งมักจะเป็นอีพอกซีหรือเรซินโพลีเอสเตอร์ ใยแก้วมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง แต่จะเปราะ ในขณะเดียวกันเมทริกซ์โพลีเมอร์ก็เป็นพลาสติก แต่มีความแข็งแรงต่ำ การรวมกันของสารเหล่านี้นำไปสู่การผลิตวัสดุที่ค่อนข้างแข็งและมีความแข็งแรงสูงซึ่งยังคงมีความเหนียวและความยืดหยุ่นเพียงพอ

อีกตัวอย่างหนึ่งของคอมโพสิตที่มีความสำคัญทางเทคโนโลยีคือโพลีเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ในวัสดุเหล่านี้ เส้นใยคาร์บอนจะอยู่ในเมทริกซ์โพลีเมอร์ วัสดุประเภทนี้มีความแข็งและทนทานกว่าเมื่อเทียบกับไฟเบอร์กลาส แต่ในขณะเดียวกันก็มีราคาแพงกว่า CFRP ใช้ในวิศวกรรมการบินและอวกาศและในอุปกรณ์กีฬาคุณภาพสูง เช่น จักรยาน ไม้กอล์ฟ ไม้เทนนิส สกี และสโนว์บอร์ด

วัสดุที่ก้าวหน้า

วัสดุที่มีไว้สำหรับใช้ในผลิตภัณฑ์ไฮเทค ("ไฮเทค") บางครั้งอาจถูกกำหนดตามอัตภาพด้วยคำว่า "วัสดุก้าวหน้า" ด้วยเทคโนโลยีชั้นสูง เรามักจะหมายถึงอุปกรณ์หรือผลิตภัณฑ์ที่มีการดำเนินงานตามการใช้งานที่ซับซ้อน หลักการที่ทันสมัย- ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ โดยเฉพาะกล้องวิดีโอ-เสียงดิจิทัล เครื่องเล่น CD/DVD คอมพิวเตอร์ ระบบใยแก้วนำแสง ตลอดจนดาวเทียมอวกาศ ผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีการบินและอวกาศและจรวด

วัสดุขั้นสูงโดยพื้นฐานแล้วเป็นสารทั่วไปที่กล่าวถึงข้างต้น แต่มีคุณสมบัติที่ได้รับการปรับปรุง แต่ยังรวมถึงวัสดุใหม่ที่มีลักษณะโดดเด่นด้วย วัสดุเหล่านี้อาจเป็นโลหะ เซรามิก หรือโพลีเมอร์ แต่มักจะมีราคาสูงมาก วัสดุขั้นสูงยังรวมถึงเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุชีวภาพ และสิ่งที่เราเรียกว่า "วัสดุแห่งอนาคต" สิ่งเหล่านี้เรียกว่าวัสดุ "อัจฉริยะ" และผลิตภัณฑ์นาโนเทคโนโลยี ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อการผลิตเลเซอร์ วงจรรวม การจัดเก็บข้อมูลแม่เหล็ก จอแสดงผลคริสตัลเหลว และเส้นใยนำแสง

เซมิคอนดักเตอร์

เซมิคอนดักเตอร์ในแง่ของคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างวัสดุนำไฟฟ้า (โลหะและโลหะผสม) และฉนวน (เซรามิกและโพลีเมอร์) นอกจากนี้ ลักษณะทางไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ยังมีความไวอย่างมากต่อการมีอยู่ของอะตอมแปลกปลอมในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งจะต้องควบคุมความเข้มข้นลงไปจนถึงพื้นที่ขนาดเล็กมาก การสร้างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทำให้เกิดการพัฒนาระบบบูรณาการที่ปฏิวัติเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์ (แม้จะไม่ได้กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงในชีวิตของเราก็ตาม) ในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา

วัสดุชีวภาพ

วัสดุชีวภาพถูกนำมาใช้เพื่อสร้างการปลูกถ่ายร่างกายมนุษย์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อทดแทนอวัยวะหรือเนื้อเยื่อที่เป็นโรคหรือถูกทำลาย วัสดุประเภทนี้จะต้องไม่ปล่อยสารพิษและต้องเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อของมนุษย์ (เช่น ต้องไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาการปฏิเสธ) สารทุกประเภทที่ระบุไว้ ได้แก่ โลหะ เซรามิก โพลีเมอร์ และเซมิคอนดักเตอร์ สามารถใช้เป็นวัสดุชีวภาพได้ ตัวอย่างเช่น เราสามารถอ้างอิงวัสดุชีวภาพบางอย่างที่ใช้ทำข้อสะโพกเทียมได้

วัสดุแห่งอนาคต

วัสดุ “อัจฉริยะ” (หรืออัจฉริยะ) คือกลุ่มของสารที่พัฒนาขึ้นใหม่ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อหลายสิ่ง เทคโนโลยีที่ทันสมัย- คำจำกัดความของ "อัจฉริยะ" หมายความว่า วัสดุเหล่านี้สามารถรับรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในลักษณะที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต แนวคิดเรื่องวัสดุอัจฉริยะยังขยายไปสู่ระบบที่ซับซ้อนที่สร้างขึ้นจากทั้งสารอัจฉริยะและสารดั้งเดิม

เซ็นเซอร์บางประเภท (การรับรู้สัญญาณที่เข้ามา) รวมถึงระบบบริหาร (ตัวกระตุ้น) ที่มีบทบาทในการตอบสนองและอุปกรณ์ที่ปรับเปลี่ยนได้ สามารถใช้เป็นส่วนประกอบของวัสดุอัจฉริยะ (หรือระบบ) อย่างหลังสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนรูปร่าง ตำแหน่ง ความถี่ธรรมชาติหรือ ลักษณะทางกลเป็นการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความเข้มของแสง ความแรงของสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก

วัสดุสี่ประเภทที่มักใช้เป็นตัวกระตุ้น ได้แก่ โลหะผสมของหน่วยความจำรูปร่าง เซรามิกเพียโซอิเล็กทริก วัสดุแมกนีโตสตริกทีฟ และของเหลวทางไฟฟ้า/แม่เหล็กไฟฟ้า
อัลลอยด์ "หน่วยความจำ" คือโลหะที่หลังจากการเสียรูป จะคืนรูปเดิมหากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะขยายตัวและหดตัวตามการเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้า(หรือแรงดันไฟฟ้า); หากขนาดเปลี่ยนไปสิ่งนี้จะนำไปสู่การกระตุ้นสัญญาณไฟฟ้า พฤติกรรมของวัสดุสนามแม่เหล็กมีความคล้ายคลึงกับปฏิกิริยาของเพียโซอิเล็กทริก แต่จะเป็นการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กเท่านั้น ในกรณีของของไหลไฟฟ้าและแม่เหล็กวิทยา สิ่งเหล่านี้คือสื่อที่มีการเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างมากเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กตามลำดับ

วัสดุ/อุปกรณ์ที่ใช้เป็นเซนเซอร์อาจเป็นเส้นใยนำแสง เพียโซอิเล็กทริก (รวมถึงโพลีเมอร์บางชนิด) และอุปกรณ์ไมโครไฟฟ้าเครื่องกล ซึ่งเรียกโดยย่อว่า MEMS

ตัวอย่างของอุปกรณ์อัจฉริยะคือระบบที่ใช้ในเฮลิคอปเตอร์เพื่อลดเสียงรบกวนในห้องโดยสารที่เกิดจากใบพัดหมุน เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกที่ติดตั้งอยู่ในใบมีดจะตรวจสอบความเครียดและความเครียด สัญญาณจะถูกส่งจากเซ็นเซอร์เหล่านี้ไปที่ ตัวกระตุ้นซึ่งเมื่อใช้คอมพิวเตอร์จะสร้าง "ป้องกันเสียงรบกวน" ที่จะหน่วงเสียงจากการทำงานของโรเตอร์เฮลิคอปเตอร์

วัสดุนาโนเทคโนโลยี

จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ขั้นตอนที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับงานเคมีและฟิสิกส์ของวัสดุคือการศึกษาโครงสร้างที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากก่อน จากนั้นจึงวิเคราะห์บล็อกพื้นฐานที่มีขนาดเล็กกว่าที่ประกอบเป็นโครงสร้างเหล่านี้ วิธีการนี้บางครั้งเรียกว่า "จากบนลงล่าง" อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด ซึ่งทำให้สามารถสังเกตอะตอมและโมเลกุลแต่ละอะตอมได้ จึงเป็นไปได้ที่จะควบคุมอะตอมและโมเลกุลเพื่อสร้างโครงสร้างใหม่ และด้วยเหตุนี้จึงได้วัสดุใหม่ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของอะตอม- องค์ประกอบขนาด (ที่เรียกว่า "การออกแบบวัสดุ") ") ความสามารถเหล่านี้ในการประกอบอะตอมอย่างระมัดระวังได้เปิดโอกาสในการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกล ไฟฟ้า แม่เหล็ก และคุณสมบัติอื่นๆ ที่ไม่สามารถบรรลุได้โดยใช้วิธีอื่น เราจะเรียกวิธีนี้ว่า "จากล่างขึ้นบน" และการศึกษาคุณสมบัติของวัสดุใหม่ดังกล่าวดำเนินการโดยนาโนเทคโนโลยี โดยที่คำนำหน้า "นาโน" หมายความว่าขนาดขององค์ประกอบโครงสร้างอยู่ในลำดับนาโนเมตร (เช่น 10–9 ม.) ตามกฎแล้ว เรากำลังพูดถึงองค์ประกอบโครงสร้างที่มีขนาดน้อยกว่า 100 นาโนเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางอะตอมประมาณ 500 เส้น

ตัวอย่างหนึ่งของวัสดุประเภทนี้คือ ท่อนาโนคาร์บอน- ในอนาคตเราจะสามารถค้นหาพื้นที่ที่ข้อดีของวัสดุนาโนเทคโนโลยีจะปรากฏให้เห็นมากขึ้นเรื่อยๆ อย่างไม่ต้องสงสัย

ความจำเป็นในการสร้างวัสดุใหม่

แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าอย่างมากในสาขาวัสดุศาสตร์และเทคโนโลยีการประยุกต์ใช้งานในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ก็ยังมีความจำเป็นที่จะต้องสร้างวัสดุขั้นสูงและเฉพาะทางมากยิ่งขึ้น เช่นเดียวกับการประเมินความสัมพันธ์ระหว่างการผลิตวัสดุดังกล่าวและผลกระทบ เกี่ยวกับสิ่งแวดล้อม มีความจำเป็นต้องแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับปัญหานี้เพื่อสรุปแนวโน้มที่เป็นไปได้ในด้านนี้

การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ให้คำมั่นสัญญาบางประการสำหรับอนาคต แต่ยังคงมีความท้าทายมากมายที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาวัสดุใหม่ที่จำเป็นในทุกขั้นตอน ตั้งแต่ระบบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์ไปจนถึงการจัดเก็บกากกัมมันตภาพรังสี

ต้นทุนพลังงานจำนวนมากเกี่ยวข้องกับการขนส่ง การลดน้ำหนักของอุปกรณ์ขนส่ง (รถยนต์ เครื่องบิน รถไฟ ฯลฯ) รวมถึงการเพิ่มอุณหภูมิที่เครื่องยนต์ทำงาน จะส่งผลให้มีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น สิ่งนี้ต้องการการสร้างวัสดุทางวิศวกรรมที่มีความแข็งแรงสูงและมีน้ำหนักเบา รวมถึงวัสดุที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้

นอกจากนี้ยังมีความต้องการแหล่งพลังงานใหม่ที่สามารถนำไปใช้ได้ในเชิงเศรษฐกิจ ตลอดจนการใช้แหล่งพลังงานที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ไม่ต้องสงสัยเลยว่าวัสดุที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นมีบทบาทอย่างมากในการพัฒนาพื้นที่นี้ ตัวอย่างเช่น แสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นกระแสไฟฟ้าโดยตรง ตอนนี้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีราคาแพง ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะต้องสร้างวัสดุเทคโนโลยีใหม่ที่ค่อนข้างถูกซึ่งควรจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์

เป็นอีกหนึ่งสถานที่ที่น่าสนใจและค่อนข้างมาก ตัวอย่างจริงเทคโนโลยีการแปลงพลังงานใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งมีข้อดีคือไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันการใช้เทคโนโลยีนี้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่งเริ่มต้น ในอนาคตองค์ประกอบดังกล่าวสามารถใช้เป็นโรงไฟฟ้าในรถยนต์ได้ จำเป็นต้องใช้วัสดุใหม่เพื่อสร้างเซลล์เชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่เพื่อผลิตไฮโดรเจน

เพื่อรักษาคุณภาพสิ่งแวดล้อมให้อยู่ในระดับที่ต้องการ เราจำเป็นต้องตรวจสอบองค์ประกอบของอากาศและน้ำ เพื่อควบคุมมลพิษให้ใช้ วัสดุต่างๆ- นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องปรับปรุงวิธีการแปรรูปและการทำให้วัสดุบริสุทธิ์เพื่อลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเช่น เป้าหมายคือการสร้างของเสียน้อยลงและทำร้ายสิ่งแวดล้อมรอบตัวเราน้อยลงเมื่อทำการสกัดแร่ธาตุ ควรคำนึงด้วยว่าการผลิตวัสดุบางชนิดก่อให้เกิดสารพิษ ดังนั้นควรคำนึงถึงความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่อาจเกิดขึ้นจากการปล่อยของเสียดังกล่าวด้วย

วัสดุจำนวนมากที่เราใช้มาจากทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียน เช่น แหล่งที่ไม่สามารถสร้างใหม่ได้ ข้อกำหนดนี้ใช้กับโพลีเมอร์ซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักซึ่งประกอบด้วยน้ำมัน และกับโลหะบางชนิด ทรัพยากรที่ไม่สามารถทดแทนได้เหล่านี้จะค่อยๆ หมดลง ดังนั้นความต้องการจึงเกิดขึ้น: 1) การค้นพบแหล่งใหม่ของทรัพยากรเหล่านี้; 2) การสร้างวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัสดุที่มีอยู่เดิมแต่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า 3) เสริมสร้างบทบาทของกระบวนการรีไซเคิลและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่ช่วยให้สามารถรีไซเคิลได้ จากผลที่ตามมาทั้งหมดนี้ จึงมีความจำเป็นในการประเมินทางเศรษฐกิจไม่เพียงแต่การผลิตเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมด้วย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องวิเคราะห์วงจรชีวิตทั้งหมดของวัสดุ - "จากเปลสู่หลุมศพ" - และ กระบวนการผลิตโดยรวม