Scienza dei materiali

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La scienza dei materiali è un vasto campo basato sulla chimica, sulla fisica e in parte sull'ingegneria. Questa scienza tratta la progettazione, la produzione e l'uso di tutte le classi esistenti di materiali (inclusi i metalli, le ceramiche, i semiconduttori, i polimeri e i biomateriali) e l'interagire dei materiali con l'ambiente, la salute, l'economia e l'industria. Viene anche posta attenzione sull'utilizzo di metodiche analitiche, distruttive o non distruttive, di natura meccanica, chimica o fisica necessarie per lo studio delle proprietà dei materiali e per la determinazione della conformità relativa agli standard d'uso specifici.

La scienza dei materiali è focalizzata sullo studio della struttura microscopica dei materiali e le relazioni esistenti tra sintesi, lavorazione e proprietà finali dei materiali. Si possono definire in questi campi una fisica e una chimica esclusive dei materiali. Tutte le proprietà importanti per uno scienziato dei materiali sono quelle riguardanti le componenti strutturali-sensitive dei materiali che possono essere modificate significativamente tramite un cambiamento della composizione chimica del materiale, un cambiamento della disposizione atomica o molecolare tramite l'uso delle nanotecnologie per ottenere configurazioni cristalline (es. quarzo) oppure configurazioni amorfe (es. vetro). Altre modificazioni strutturali in grado di modificare le proprietà dei materiali sono le dimensioni, la forma e l'orientazione di un materiale cristallino o ancora il cambiamento di altre proprietà macroscopiche di un materiale solido.

Per capire quali proprietà di un materiale possono essere migliorate è necessario dapprima comprendere la relazione che esiste tra struttura del materiale e caratteristiche chimico-fisiche dello stesso, inoltre bisogna sapere come si può controllarne la struttura tramite trattamenti chimici, termici, meccanici o altre operazioni.

Alla base della scienza dei materiali c'è l'empirismo e l'esperimentazione come base per la scoperta di nuovi materiali. Da questo ultimo punto di vista si può inserire la scienza dei materiali in quella classe di scienze sperimentali quali fisica, chimica ecc. ecc. Nuove classi di materiali tipo superfluidi, semiconduttori, superconduttori e alcune leghe funzionanti ad alte temperature trovano le loro radici nella moderna scienza dei materiali.

A scopo informativo si fa notare che oggi esiste una relazione molto stretta tra crescita economica e progresso nella scienza dei materiali. È stato calcolato che nei paesi a economia avanzata l'attività nel campo dei materiali innovativi (elettronici, magnetici, ottici, per usi energetici, catalitici e ambientali) contribuisce in modo diretto o indiretto a formare il 30 o addirittura il 40% della ricchezza di una nazione.