Классификация материалов по структурным признакам
Химия – это наука, которая изучает вещества, их строение, состав и свойства, в свою очередь зависящие от строение и состава, их превращения - химические реакции, а также законы и закономерности, которым данные реакции подчиняются.
Химическая реакция – это превращение исходных веществ/вещества в другие вещества, в случае которого ядра атомов не меняются, при этом происходит перераспределение электронов, образуются новые химические вещества.
Согласно классификации материалов по структурным признакам, выделяют несколько уровней, соответствующие разным уровням организации вещества материалов:
- Классификация по агрегатному состоянию или по макроструктуре. Согласно данной классификации материалы делятся на твердые, которые имеют постоянные объемы и форму; газы, которые не имеют постоянной формы и объема; жидкости, которые имеют постоянный объем, но не имеют постоянной формы.
- Классификация твердых тел по масштабу неоднородностей структуры и количеству фаз. Согласно данной классификации материалы делятся на простые материалы, которые образованы одним веществом; сплавы, у которых однородная структура, а образовались они в результате затвердевания разнородных веществ; композиционные материалы, представляющие собой многофазные материалы с неоднородной структурой.
- Классификация твердых материалов по микроструктуре. Согласно данной классификации материалы делятся на кристаллические, к которым относятся поликристаллы и монокристаллы; некристаллические, к которым относятся аморфные и частично упорядоченные тела, а также стекло.
- Классификация материалов по атомно-молекулярной структуре. Данная классификация осуществляется в соответствии с видом структурных единиц вещества материала и характера связи между ними. Структурными единицами материала являются атомы, ионы, молекулы и макромолекулы. Между ними могут существовать следующие виды химической связи: ковалентная, которая может быть неполярной и полярной, примером ковалентной неполярной связи является алмаз, а полярной – карбид кремния; ионная связь, примером материала с ионной связью является хлорид натрия; металлическая связь - металлические сплавы; водородная связь - лед; Вандерваальсова связь - сухой лед.
Фуллерит, самовосстанавливающийся пластик, композиционные материалы
Материаловедение и химия играют большую роль в жизни современного общества. Новые материалы предоставляют широкие возможности во многих областях промышленности. Изготовление нового материала способствует техническому прогрессу, особенно это важно в 21 веке, ибо сейчас запасы большинства используемых полезных ископаемых подходят к концу, хватит их не более, чем на сто лет. Поэтому такая задача, как разработка новых материалов для современного материаловедения очень актуальна. В настоящее время уже существуют инновационные материалы, которые используются человеком, примерами данных материалов являются:
- композиционные материалы,
- ультратвердый фуллерит,
- самовосстанавливающийся пластик,
- волокнистые материалы,
- углеродный аэрогель,
- германен.
Особо актуальным в наше время является создание технологии производства композиционных материалов на основе углеродных волокон, которые будут способны выдерживать высокие температуры, что поспособствует развитию авиации и космонавтики. Сейчас, большинство композиционных материалов изготавливаются посредством пропитки каркаса из волокон расплавом металла под высоким давлением и при высокой температуре, после чего производится прокатка и прессование. Все большее распространение получают также методы порошковой металлургии.
Твердость алмаза достигает 150 гигапаскаль, но уже создан гораздо более твердый материал - фуллерит, у которого данный показатель может составлять до 300 гигапаскалей. Он получился в результате добавления к смеси реагентов сероуглерода, являющегося катализатором в процессе синтеза фуллерита. В настоящее время его использование в промышленных масштабах невозможно, что обусловлено тем, что создание большого количества такого материала пока что недостижимо для современной науки и техники. Самовосстанавливающийся пластик обладает регенерацией и настраиваемой химической реакцией. Данный материал сейчас применяется в медицине и при производстве автомобильной, военной и морской техники. Современные марки такого пластика, разработанные в Соединенных Штатах Америки, способны восстановить место пулевого ранения в течение 20 минут. Существенный минус самовосстанавливающегося пластика заключается в том, что в процессе регенерации он теряет до 38 % прочности. Таким образом задача современной науки - максимально сократить данный показатель.
