Материаловедение
Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Август 2023 г. ) |
Материаловедение — это междисциплинарная область исследования и открытия материалов . Материаловедение — это инженерная область поиска применений материалов в других областях и отраслях.
Интеллектуальное происхождение материаловедения уходит корнями в эпоху Просвещения , когда исследователи начали использовать аналитическое мышление в области химии , физики и техники, чтобы понять древние феноменологические наблюдения в металлургии и минералогии . [1] [2] Материаловедение по-прежнему включает в себя элементы физики, химии и техники. Таким образом, эта область долгое время рассматривалась академическими учреждениями как часть этих смежных областей. Начиная с 1940-х годов материаловедение стало более широко признаваться как специфическая и самостоятельная область науки и техники, и крупные технические университеты по всему миру создали специальные школы для его изучения.
Ученые-материаловеды подчеркивают понимание того, как история материала ( обработка ) влияет на его структуру и, следовательно, на свойства и характеристики материала . Понимание взаимосвязей обработка-структура-свойства называется парадигмой материалов. Эта парадигма используется для улучшения понимания в различных областях исследований, включая нанотехнологии , биоматериалы и металлургию .
Материаловедение также является важной частью судебно-медицинской экспертизы и анализа отказов — исследования материалов, продуктов, конструкций или компонентов, которые выходят из строя или не функционируют должным образом, вызывая травмы людей или ущерб имуществу. Подобные расследования являются ключом к пониманию, например, причин различных авиационных происшествий и происшествий .
История
[ редактировать ]Выбор материала той или иной эпохи часто является определяющим моментом. Такие фазы, как каменный век , бронзовый век , железный век и стальной век , являются историческими, хотя и произвольными примерами. возникшее изначально из производства керамики и ее предполагаемой производной металлургии, является одной из старейших форм инженерной и прикладной науки. Материаловедение, [3] Современное материаловедение развилось непосредственно из металлургии , которая сама возникла из использования огня. Крупный прорыв в понимании материалов произошел в конце 19 века, когда американский ученый Джозайя Уиллард Гиббс продемонстрировал, что термодинамические свойства, связанные со структурой атомов в различных фазах, связаны с физическими свойствами материала. [4] Важными элементами современного материаловедения стали продукты космической гонки ; понимание и разработка металлических сплавов , а также кремнеземных и углеродных материалов, используемых при создании космических аппаратов, позволяющих исследовать космос. Материаловедение стимулировало и стимулировало развитие революционных технологий, таких как каучуки , пластмассы , полупроводники и биоматериалы .
До 1960-х годов (а в некоторых случаях и десятилетия спустя) многие факультеты материаловедения были кафедрами металлургии или керамики , что отражало акцент XIX и начала XX веков на металлах и керамике. Росту материаловедения в Соединенных Штатах частично способствовало Агентство перспективных исследовательских проектов , которое в начале 1960-х годов финансировало ряд университетских лабораторий, «чтобы расширить национальную программу фундаментальных исследований и обучения в области материаловедения. " [5] По сравнению с машиностроением, зарождающаяся область материаловедения сосредоточилась на рассмотрении материалов на макроуровне и на подходе, согласно которому материалы разрабатываются на основе знаний о поведении на микроскопическом уровне. [6] Благодаря расширению знаний о связи между атомными и молекулярными процессами, а также об общих свойствах материалов, дизайн материалов стал основываться на конкретных желаемых свойствах. [6] Область материаловедения с тех пор расширилась и теперь включает все классы материалов, включая керамику, полимеры , полупроводники, магнитные материалы, биоматериалы и наноматериалы , которые обычно подразделяются на три отдельные группы: керамика, металлы и полимеры. Заметным изменением в материаловедении за последние десятилетия стало активное использование компьютерного моделирования для поиска новых материалов, прогнозирования свойств и понимания явлений.
Основы
[ редактировать ]Материал определяется как вещество (чаще всего твердое, но могут быть включены и другие конденсированные фазы), которое предназначено для использования в определенных целях. [7] Вокруг нас множество материалов; их можно найти где угодно от [8] Новые и усовершенствованные материалы, которые разрабатываются, включают наноматериалы , биоматериалы , [9] и энергетические материалы, и это лишь некоторые из них. [10]
Основой материаловедения является изучение взаимодействия между структурой материалов, методами обработки этого материала и полученными свойствами материала. Сложная комбинация этих факторов обеспечивает эффективность материала в конкретном применении. Многие характеристики во многих масштабах длины влияют на характеристики материала, начиная от составляющих его химических элементов, его микроструктуры и макроскопических особенностей обработки. Наряду с законами термодинамики и кинетики материаловеды стремятся понять и улучшить материалы.
Структура
[ редактировать ]Структура является одним из наиболее важных компонентов области материаловедения. Само определение этой области гласит, что она связана с исследованием «отношений, существующих между структурами и свойствами материалов». [11] Материаловедение исследует структуру материалов от атомного уровня до макромасштаба. [3] Характеристика — это способ, с помощью которого ученые-материаловеды исследуют структуру материала. Сюда входят такие методы, как дифракция рентгеновских лучей , электронов или нейтронов , а также различные формы спектроскопии и химического анализа, такие как рамановская спектроскопия , энергодисперсионная спектроскопия , хроматография , термический анализ , с помощью электронного микроскопа анализ и т. д.
Структура изучается на следующих уровнях.
Атомная структура
[ редактировать ]Атомная структура связана с атомами материалов и с тем, как они устроены, образуя молекулы, кристаллы и т. д. Большая часть электрических, магнитных и химических свойств материалов возникает на этом уровне структуры. Используемые масштабы выражены в ангстремах ( Å ). Химическая связь и расположение атомов (кристаллография) имеют основополагающее значение для изучения свойств и поведения любого материала.
Склеивание
[ редактировать ]Чтобы получить полное представление о структуре материала и о том, как она связана с его свойствами, ученый-материаловед должен изучить, как различные атомы, ионы и молекулы расположены и связаны друг с другом. Это предполагает изучение и использование квантовой химии или квантовой физики . Физика твердого тела , химия твердого тела и физическая химия также участвуют в изучении связей и структуры.
Кристаллография
[ редактировать ]Кристаллография – наука, изучающая расположение атомов в кристаллических твёрдых телах. Кристаллография — полезный инструмент для материаловедов. Одно из фундаментальных понятий кристаллической структуры материала включает элементарную ячейку , которая представляет собой наименьшую единицу кристаллической решетки (пространственной решетки), которая повторяется, образуя макроскопическую кристаллическую структуру. Наиболее распространенные конструкционные материалы включают с параллелепипедом и шестиугольной решеткой. решетки [13] Новые и перспективные материалы, которые разрабатываются, включают наноматериалы . В монокристаллах эффекты кристаллического расположения атомов часто легко увидеть макроскопически, поскольку естественные формы кристаллов отражают атомную структуру. Кроме того, физические свойства часто контролируются кристаллическими дефектами. Понимание кристаллических структур — важная предпосылка для понимания кристаллографических дефектов . Примеры кристаллических дефектов включают дислокации, включая края, винты, вакансии, собственные межузельные элементы и т. д., которые являются линейными, плоскими и трехмерными типами дефектов. [14] Новые и перспективные материалы, которые разрабатываются, включают наноматериалы и биоматериалы . [15] Преимущественно материалы встречаются не в виде монокристалла, а в поликристаллической форме, в виде агрегата мелких кристаллов или зерен различной ориентации. В связи с этим важную роль в структурном определении играет метод порошковой дифракции , использующий дифрактограммы поликристаллических образцов с большим количеством кристаллов. Большинство материалов имеют кристаллическую структуру, но некоторые важные материалы не имеют регулярной кристаллической структуры. [16] Полимеры имеют различную степень кристалличности, и многие из них совершенно некристаллические. Стекло , некоторые виды керамики и многие природные материалы аморфны и не обладают дальним порядком в расположении атомов. Изучение полимеров сочетает в себе элементы химической и статистической термодинамики для термодинамического и механического описания физических свойств.
Наноструктура
[ редактировать ]Материалы, атомы и молекулы которых образуют составляющие на наноуровне (т.е. образуют наноструктуры), называются наноматериалами. Наноматериалы являются предметом интенсивных исследований в области материаловедения из-за уникальных свойств, которые они проявляют.
Наноструктура имеет дело с объектами и структурами в диапазоне 1–100 нм. [17] Во многих материалах атомы или молекулы агломерируются, образуя объекты наномасштаба. Это обуславливает множество интересных электрических, магнитных, оптических и механических свойств.
При описании наноструктур необходимо различать количество измерений на наномасштабе .
Нанотекстурированные поверхности имеют одно измерение в наномасштабе, т. е. только толщина поверхности объекта составляет от 0,1 до 100 нм.
Нанотрубки имеют два измерения на наноуровне, т. е. диаметр трубки составляет от 0,1 до 100 нм; его длина могла быть значительно больше.
Наконец, сферические наночастицы имеют три измерения в наномасштабе, т.е. размер частицы составляет от 0,1 до 100 нм в каждом пространственном измерении. Термины «наночастицы» и «ультрамелкие частицы » (UFP) часто используются как синонимы, хотя UFP может достигать микрометрового диапазона. Термин «наноструктура» часто используется применительно к магнитной технологии. Наноразмерную структуру в биологии часто называют ультраструктурой .
Микроструктура
[ редактировать ]Микроструктура определяется как структура подготовленной поверхности или тонкой фольги материала, выявляемая под микроскопом с увеличением более 25×. Речь идет об объектах размером от 100 нм до нескольких см. Микроструктура материала (которая в общих чертах подразделяется на металлические, полимерные, керамические и композитные) может сильно влиять на физические свойства, такие как прочность, ударная вязкость, пластичность, твердость, коррозионная стойкость, поведение при высоких/низких температурах, износостойкость и т. д. . [18] Большинство традиционных материалов (таких как металлы и керамика) имеют микроструктуру.
Изготовление идеального кристалла материала физически невозможно. Например, любой кристаллический материал будет содержать такие дефекты , как выделения , границы зерен ( отношения Холла-Петча ), вакансии, межузельные атомы или атомы замещения. [19] Микроструктура материалов выявляет эти более крупные дефекты, а достижения в области моделирования позволили лучше понять, как дефекты можно использовать для улучшения свойств материала.
Макроструктура
[ редактировать ]Макроструктура – это внешний вид материала в масштабе от миллиметров до метров, это структура материала, видимая невооруженным глазом.
Характеристики
[ редактировать ]Материалы обладают множеством свойств, включая следующие.
- Механические свойства см. Сопротивление материалов.
- Химические свойства см. Химия.
- Электрические свойства см. Электричество.
- Термические свойства см. Термодинамика.
- Оптические свойства см. Оптика и фотоника.
- Магнитные свойства, см. Магнетизм.
Свойства материала определяют его удобство использования и, следовательно, его применение в технике.
Обработка
[ редактировать ]Синтез и обработка предполагают создание материала с желаемой микронаноструктурой. Материал не может быть использован в промышленности, если не разработан экономически обоснованный способ его производства. Поэтому разработка методов обработки материалов, которые были бы достаточно эффективными и экономичными, жизненно важна для области материаловедения. Разные материалы требуют разных методов обработки или синтеза. Например, обработка металлов исторически определила такие эпохи, как бронзовый век и железный век , и изучается в рамках отрасли материаловедения, называемой физической металлургией . Химические и физические методы также используются для синтеза других материалов, таких как полимеры , керамика , полупроводники и тонкие пленки . В начале XXI века разрабатываются новые методы синтеза наноматериалов, таких как графен .
Термодинамика
[ редактировать ]Термодинамика занимается теплом и температурой и их связью с энергией и работой . Он определяет макроскопические переменные, такие как внутренняя энергия , энтропия и давление , которые частично описывают тело материи или излучения. В нем говорится, что поведение этих переменных подчиняется общим ограничениям, общим для всех материалов. Эти общие ограничения выражены в четырех законах термодинамики. Термодинамика описывает объемное поведение тела, а не микроскопическое поведение очень большого числа его микроскопических составляющих, таких как молекулы. Поведение этих микроскопических частиц описывается статистической механикой , а законы термодинамики выводятся из нее .
Изучение термодинамики имеет фундаментальное значение для материаловедения. Он формирует основу для рассмотрения общих явлений в материаловедении и технике, включая химические реакции, магнетизм, поляризуемость и упругость. [20] В нем объясняются фундаментальные инструменты, такие как фазовые диаграммы , и такие концепции, как фазовое равновесие .
Кинетика
[ редактировать ]Химическая кинетика — это изучение скорости, с которой системы, находящиеся вне равновесия, изменяются под действием различных сил. В применении к материаловедению он изучает, как материал изменяется со временем (переходит из неравновесного состояния в равновесное) под действием определенного поля. Он детализирует скорость различных процессов, развивающихся в материалах, включая форму, размер, состав и структуру. Диффузия важна при изучении кинетики, поскольку это наиболее распространенный механизм изменения материалов. [21] Кинетика важна при обработке материалов, поскольку, помимо прочего, она подробно описывает, как микроструктура изменяется под воздействием тепла.
Исследовать
[ редактировать ]Материаловедение — очень активная область исследований. Вместе с кафедрами материаловедения исследованиями материалов физики , химии и многие инженерные занимаются кафедры. Исследование материалов охватывает широкий круг тем; Следующий неисчерпывающий список выделяет несколько важных областей исследований.
Наноматериалы
[ редактировать ]Наноматериалы, в принципе, описывают материалы, размер отдельной единицы которых (по крайней мере, в одном измерении) составляет от 1 до 1000 нанометров (10 −9 метр), но обычно составляет 1–100 нм. Исследования наноматериалов используют подход к нанотехнологиям , основанный на материаловедении , с использованием достижений в области метрологии и синтеза материалов, которые были разработаны для поддержки исследований в области микропроизводства . Материалы со структурой наномасштаба часто обладают уникальными оптическими, электронными или механическими свойствами. Область наноматериалов, как и традиционная область химии, слабо организована на органические (углеродные) наноматериалы, такие как фуллерены, и неорганические наноматериалы на основе других элементов, таких как кремний. Примеры наноматериалов включают фуллерены , углеродные нанотрубки , нанокристаллы и т. д.
Биоматериалы
[ редактировать ]Биоматериал — это любая материя, поверхность или конструкция, которая взаимодействует с биологическими системами . [22] Биоматериаловедение включает в себя элементы медицины, биологии, химии, тканевой инженерии и материаловедения.
Биоматериалы могут быть получены из природы или синтезированы в лаборатории с использованием различных химических подходов с использованием металлических компонентов, полимеров , биокерамики или композитных материалов . Они часто предназначены или адаптированы для медицинских применений, например, в качестве биомедицинских устройств, которые выполняют, дополняют или заменяют естественные функции. Такие функции могут быть безобидными, например, для сердечного клапана , или могут быть биоактивными с более интерактивными функциями, такими как гидроксилапатитом покрытые тазобедренные имплантаты, . Биоматериалы также используются каждый день в стоматологии, хирургии и доставке лекарств. Например, в организм можно поместить конструкцию с импрегнированными фармацевтическими продуктами, что обеспечивает пролонгированное высвобождение лекарственного средства в течение длительного периода времени. Биоматериал также может представлять собой аутотрансплантат , аллотрансплантат или ксенотрансплантат, используемый в качестве материала для трансплантации органов .
Электронные, оптические и магнитные
[ редактировать ]Полупроводники, металлы и керамика сегодня используются для создания очень сложных систем, таких как интегральные электронные схемы, оптоэлектронные устройства, а также магнитные и оптические носители информации. Эти материалы составляют основу нашего современного компьютерного мира, и поэтому исследование этих материалов имеет жизненно важное значение.
Полупроводники являются традиционным примером материалов такого типа. Это материалы, обладающие промежуточными свойствами между проводниками и изоляторами . Их электропроводность очень чувствительна к концентрации примесей, что позволяет использовать легирование для достижения желаемых электронных свойств. Следовательно, полупроводники составляют основу традиционного компьютера.
Эта область также включает в себя новые области исследований, такие как сверхпроводящие материалы, спинтроника , метаматериалы и т. д. Изучение этих материалов предполагает знание материаловедения и физики твердого тела или физики конденсированного состояния .
Вычислительное материаловедение
[ редактировать ]С продолжающимся ростом вычислительной мощности стало возможным моделирование поведения материалов. Это позволяет ученым-материаловедам понимать поведение и механизмы, разрабатывать новые материалы и объяснять свойства, которые ранее были плохо изучены. Усилия, связанные с интегрированной вычислительной инженерией материалов, в настоящее время сосредоточены на сочетании вычислительных методов с экспериментами, чтобы радикально сократить время и усилия по оптимизации свойств материалов для конкретного применения. Это включает в себя моделирование материалов во всех масштабах длины с использованием таких методов, как теория функционала плотности , молекулярная динамика , Монте-Карло , динамика дислокаций, фазовое поле , метод конечных элементов и многие другие. [25]
Промышленность
[ редактировать ]Радикальные достижения в области материалов могут стимулировать создание новых продуктов или даже новых отраслей, но стабильные отрасли также нанимают ученых-материаловедов для постепенного улучшения и устранения проблем с используемыми в настоящее время материалами. Промышленные применения материаловедения включают в себя проектирование материалов, соотношение затрат и выгод при промышленном производстве материалов, методы обработки ( литье , прокатка , сварка , ионная имплантация , выращивание кристаллов , осаждение тонких пленок , спекание , выдувание стекла и т. д.) и аналитические методы. (методы характеризации, такие как электронная микроскопия , рентгеновская дифракция , калориметрия , ядерная микроскопия (HEFIB) , резерфордовское обратное рассеяние , нейтронная дифракция , малоугловое рентгеновское рассеяние (SAXS) и т. д.).
Помимо характеристики материалов, ученый-материаловед или инженер также занимается извлечением материалов и преобразованием их в полезные формы. Таким образом слитков , литье литья , методы , доменная экстракция и электролитическая экстракция — все это часть необходимых знаний инженера-материаловика. Часто присутствие, отсутствие или изменение незначительных количеств вторичных элементов и соединений в сыпучем материале сильно влияет на конечные свойства производимых материалов. Например, стали классифицируются на основе 1/10 и 1/100 весовых процентов углерода и других легирующих элементов, которые они содержат. Таким образом, методы экстракции и очистки, используемые для извлечения железа в доменной печи, могут повлиять на качество производимой стали.
Твердые материалы обычно группируются в три основные категории: керамика, металлы и полимеры. Эта широкая классификация основана на эмпирическом составе и атомной структуре твердых материалов, и большинство твердых веществ попадают в одну из этих широких категорий. [26] Предметом, который часто изготавливается из каждого из этих типов материалов, является контейнер для напитков. Соответственно, типы материалов, используемых для изготовления контейнеров для напитков, имеют различные преимущества и недостатки в зависимости от используемого материала. Керамические (стеклянные) контейнеры оптически прозрачны, непроницаемы для углекислого газа, относительно недороги и легко перерабатываются, но при этом они тяжелые и легко ломаются. Металл (алюминиевый сплав) относительно прочен, является хорошим барьером для диффузии углекислого газа и легко перерабатывается. Однако банки непрозрачны, их производство дорогое, их легко помять и проколоть. Полимеры (полиэтиленовый пластик) относительно прочны, могут быть оптически прозрачными, недорогими и легкими, пригодны для вторичной переработки, но не так непроницаемы для прохождения углекислого газа, как алюминий и стекло.
Керамика и стаканы
[ редактировать ]Еще одним применением материаловедения является изучение керамики и стекла , обычно наиболее хрупких материалов, имеющих промышленное значение. Многие керамики и стекла демонстрируют ковалентную или ионно-ковалентную связь с SiO 2 ( кремнеземом ) как фундаментальным строительным блоком. Керамика – не путать с сырой, необожженной глиной – обычно имеет кристаллическую форму. Подавляющее большинство коммерческих стекол содержат оксид металла, сплавленный с кремнеземом. При высоких температурах, используемых для изготовления стекла, материал представляет собой вязкую жидкость, которая при охлаждении затвердевает и переходит в неупорядоченное состояние. Важными примерами являются оконные стекла и очки. Стеклянные волокна также используются для телекоммуникаций и оптической передачи на большие расстояния. Устойчивое к царапинам стекло Corning Gorilla Glass — хорошо известный пример применения технологий материаловедения для радикального улучшения свойств обычных компонентов.
Инженерная керамика известна своей жесткостью и стабильностью при высоких температурах, сжатии и электрическом напряжении. Глинозем, карбид кремния и карбид вольфрама изготавливаются из мелкого порошка их составляющих в процессе спекания со связующим. Горячее прессование обеспечивает получение материала более высокой плотности. Химическое осаждение из паровой фазы позволяет разместить пленку керамики на другом материале. Керметы – это керамические частицы, содержащие некоторые металлы. Износостойкость инструментов достигается за счет цементированных карбидов с металлической фазой кобальта и никеля, обычно добавляемой для изменения свойств.
Керамику можно значительно укрепить для инженерных целей, используя принцип отклонения трещины . [27] Этот процесс включает в себя стратегическое добавление частиц второй фазы в керамическую матрицу, оптимизируя их форму, размер и распределение для направления и контроля распространения трещин. Такой подход повышает вязкость разрушения, открывая путь к созданию современной высокопроизводительной керамики в различных отраслях промышленности. [28]
Композиты
[ редактировать ]Другое применение материаловедения в промышленности — изготовление композиционных материалов . Это структурированные материалы, состоящие из двух или более макроскопических фаз.
Область применения варьируется от структурных элементов, таких как железобетон, до теплоизоляционных плиток, которые играют ключевую и неотъемлемую роль в системе тепловой защиты космического корабля НАСА , которая используется для защиты поверхности шаттла от тепла при входе в атмосферу. в атмосферу Земли. Одним из примеров является армированный углерод-углерод (RCC), светло-серый материал, который выдерживает температуру входа в атмосферу до 1510 °C (2750 °F) и защищает передние кромки крыла и носовую часть космического челнока. [29] RCC представляет собой ламинированный композиционный материал, изготовленный из графитовой вискозной ткани и пропитанный фенольной смолой . После отверждения при высокой температуре в автоклаве ламинат фурфуриловым пиролизуется . для превращения смолы в углерод, пропитывается спиртом в вакуумной камере и отверждается пиролизом для превращения фурфурилового спирта в углерод Чтобы обеспечить стойкость к окислению и возможность повторного использования, внешние слои RCC превращаются в карбид кремния .
Другие примеры можно увидеть в «пластмассовых» корпусах телевизоров, мобильных телефонов и т.п. Эти пластиковые оболочки обычно представляют собой композитный материал, состоящий из термопластической матрицы, такой как акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), в которую мел карбоната кальция , тальк , стеклянные волокна или углеродные волокна добавлены для дополнительной прочности, объема или электростатического диспергирования . Эти добавки можно назвать армирующими волокнами или диспергаторами, в зависимости от их назначения.
Полимеры
[ редактировать ]Полимеры – это химические соединения, состоящие из большого количества одинаковых компонентов, связанных между собой в виде цепей. [30] Полимеры — это сырье (смолы), используемое для изготовления того, что обычно называют пластмассами и резиной . Пластмассы и резина являются конечным продуктом, созданным после добавления одного или нескольких полимеров или добавок к смоле во время обработки, которой затем придается окончательная форма. Пластмассы, широко используемые в прошлом и в настоящее время, включают полиэтилен , полипропилен , поливинилхлорид (ПВХ), полистирол , нейлон , полиэфиры , акрил , полиуретаны и поликарбонаты . Каучуки включают натуральный каучук, бутадиен-стирольный каучук, хлоропрен и бутадиеновый каучук . Пластмассы обычно подразделяются на товарные , специальные и конструкционные пластмассы .
Поливинилхлорид (ПВХ) широко используется, недорог, а ежегодные объемы производства велики. Он подходит для широкого спектра применений: от искусственной кожи до электроизоляции и прокладки кабелей, упаковки и контейнеров . Его изготовление и обработка просты и хорошо отработаны. Универсальность ПВХ обусловлена широким спектром пластификаторов и других добавок, которые он допускает. [31] Термин «добавки» в науке о полимерах относится к химическим веществам и соединениям, добавляемым к полимерной основе для изменения свойств ее материала.
Поликарбонат обычно считается конструкционным пластиком (другие примеры включают PEEK , ABS). Такие пластмассы ценятся за свою превосходную прочность и другие особые свойства материала. Они обычно не используются для одноразового применения, в отличие от товарного пластика.
Специальные пластмассы – это материалы с уникальными характеристиками, такими как сверхвысокая прочность, электропроводность, электрофлуоресценция, высокая термостойкость и т. д.
Разделительные линии между различными типами пластмасс основаны не на материале, а на их свойствах и применении. Например, полиэтилен (ПЭ) представляет собой дешевый полимер с низким коэффициентом трения, обычно используемый для изготовления одноразовых мешков для покупок и мусора и считается товарным пластиком, тогда как полиэтилен средней плотности (MDPE) используется для подземных газо- и водопроводных труб, а также Другая разновидность, называемая полиэтиленом сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ), представляет собой конструкционный пластик, который широко используется в качестве направляющих для промышленного оборудования и втулок с низким коэффициентом трения в имплантированных тазобедренных суставах .
Металлические сплавы
[ редактировать ]Сплавы железа ( сталь , нержавеющая сталь , чугун , инструментальная сталь , легированные стали ) составляют сегодня наибольшую долю металлов как по количеству, так и по коммерческой ценности.
Железо, легированное различным содержанием углерода, дает низко- , средне- и высокоуглеродистые стали . Железо-углеродистый сплав считается сталью только в том случае, если уровень углерода составляет от 0,01% до 2,00% по весу. Что касается сталей, твердость и предел прочности стали связаны с количеством присутствующего углерода, причем увеличение уровня углерода также приводит к снижению пластичности и ударной вязкости. Однако процессы термообработки, такие как закалка и отпуск, могут существенно изменить эти свойства. Напротив, некоторые металлические сплавы обладают уникальными свойствами: их размер и плотность остаются неизменными в широком диапазоне температур. [32] Чугун определяется как железо-углеродистый сплав с содержанием углерода более 2,00%, но менее 6,67%. Нержавеющая сталь определяется как обычный стальной сплав с содержанием легирующего хрома более 10% по весу . никель и молибден В нержавеющие стали обычно также добавляют .
Другими важными металлическими сплавами являются сплавы алюминия , титана , меди и магния . Сплавы меди известны давно (со времен бронзы ), тогда как сплавы трех других металлов разработаны сравнительно недавно. Из-за химической активности этих металлов необходимые процессы электролитической экстракции были разработаны сравнительно недавно. Сплавы алюминия, титана и магния также известны и ценятся за их высокое соотношение прочности к весу и, в случае магния, за их способность обеспечивать электромагнитное экранирование. [33] Эти материалы идеально подходят для ситуаций, когда высокое соотношение прочности и веса более важно, чем объемная стоимость, например, в аэрокосмической промышленности и некоторых областях автомобилестроения.
Полупроводники
[ редактировать ]Полупроводник — это материал, который имеет удельное сопротивление между проводником и изолятором . Современная электроника работает на полупроводниках, и в 2021 году рынок этой отрасли оценивается в 530 миллиардов долларов США. [34] Его электронные свойства могут быть существенно изменены путем намеренного введения примесей в процессе, называемом легированием. Полупроводниковые материалы используются для создания диодов , транзисторов , светоизлучающих диодов (СИД), а также аналоговых и цифровых электрических схем , а также для их многочисленных применений. Полупроводниковые устройства заменили термоэмиссионные устройства, такие как электронные лампы, в большинстве применений. Полупроводниковые устройства производятся как в виде отдельных дискретных устройств, так и в виде интегральных схем (ИС), которые состоят из ряда — от нескольких до миллионов — устройств, изготовленных и соединенных между собой на одной полупроводниковой подложке . [35]
Из всех полупроводников, используемых сегодня, кремний составляет наибольшую долю как по количеству, так и по коммерческой ценности. Монокристаллический кремний используется для производства пластин, используемых в полупроводниковой и электронной промышленности . Арсенид галлия (GaAs) — второй по популярности используемый полупроводник. Благодаря более высокой подвижности электронов и скорости насыщения по сравнению с кремнием, этот материал является предпочтительным материалом для приложений высокоскоростной электроники. Эти превосходные свойства являются вескими причинами для использования схем GaAs в мобильных телефонах, спутниковой связи, микроволновых двухточечных линиях связи и высокочастотных радиолокационных системах. Другие полупроводниковые материалы включают германий , карбид кремния и нитрид галлия и имеют различные применения.
Связь с другими полями
[ редактировать ]Материаловедение развивалось, начиная с 1950-х годов, поскольку было признано, что для создания, открытия и проектирования новых материалов необходимо подходить к этому единым образом. Таким образом, материаловедение и инженерия возникли разными способами: переименование и/или объединение существующих металлургии и керамики кафедр ; отделение от существующих исследований в области физики твердого тела (которые сами по себе перерастают в физику конденсированного состояния ); привлечение относительно новых технологий в области полимерной инженерии и науки о полимерах ; рекомбинация из предыдущего, а также химии , химической технологии , машиностроения и электротехники ; и многое другое.
Область материаловедения и инженерии важна как с научной точки зрения, так и с точки зрения приложений. Материалы имеют первостепенное значение для инженеров (или других прикладных областей), поскольку использование соответствующих материалов имеет решающее значение при проектировании систем. В результате материаловедение становится все более важной частью образования инженера.
Физика материалов — это использование физики для описания физических свойств материалов. Это синтез физических наук , таких как химия , механика твердого тела , физика твердого тела и материаловедение. Физика материалов считается подмножеством физики конденсированного состояния и применяет фундаментальные концепции конденсированного состояния к сложным многофазным средам, включая материалы, представляющие технологический интерес. Текущие области, в которых работают физики материалов, включают электронные, оптические и магнитные материалы, новые материалы и структуры, квантовые явления в материалах, неравновесную физику и физику мягкого конденсированного состояния. Новые экспериментальные и вычислительные инструменты постоянно совершенствуют способы моделирования и изучения систем материалов, а также являются областями, в которых работают физики материалов.
Эта область по своей сути является междисциплинарной , и ученые-материаловеды или инженеры должны знать и использовать методы физика, химика и инженера. И наоборот, такие области, как науки о жизни и археология, могут стимулировать разработку новых материалов и процессов с использованием биоинспирированных и палеоинспирированных подходов. Таким образом, сохраняются тесные связи с этими областями. И наоборот, многие физики, химики и инженеры работают в области материаловедения из-за значительного совпадения между этими областями.
Новые технологии
[ редактировать ]Новые технологии | Статус | Потенциально маргинализированные технологии | Возможные применения | Похожие статьи |
---|---|---|---|---|
Аэрогель | Гипотетические, эксперименты, диффузия, раннее использование [36] | Традиционная изоляция, стекло | Улучшенная изоляция, изоляционное стекло, если его можно сделать прозрачным, рукава для нефтепроводов, аэрокосмической промышленности, применения при высоких температурах и экстремальных холодах. | |
Аморфный металл | Эксперименты | Кевлар | Броня | |
Проводящие полимеры | Исследования, эксперименты, прототипы | Дирижеры | Более легкие и дешевые провода, антистатические материалы, органические солнечные элементы. | |
Фемтотехнология , пикотехнология | Гипотетический | Настоящее ядерное | Новые материалы; ядерное оружие, сила | |
Фуллеры | Эксперименты, распространение | Синтетический алмаз и углеродные нанотрубки (Buckypaper) | Программируемая материя | |
Графен | Гипотетические, эксперименты, диффузия, | на основе кремния Интегральная схема | Компоненты с более высоким соотношением прочности и веса, транзисторы, работающие на более высокой частоте, более низкая стоимость экранов дисплеев в мобильных устройствах, хранение водорода для автомобилей на топливных элементах, системы фильтрации, более долговечные и быстро заряжающиеся аккумуляторы, датчики для диагностики заболеваний. [39] | Потенциальные применения графена |
Высокотемпературная сверхпроводимость | криогенного приемника (CRFE) Системы ВЧ- и СВЧ-фильтров для базовых станций мобильных телефонов; прототипы в сухом льду ; Гипотетические и эксперименты для более высоких температур [40] | Медная проволока, полупроводниковые интегральные схемы | Проводники без потерь, подшипники качения, магнитная левитация большой емкости без потерь , аккумуляторы , электромобили , безтепловые интегральные схемы и процессоры. | |
ЛиТраКон | Эксперименты, уже использованные при создании Ворот Европы | Стекло | Строительство небоскребов, башен и скульптур, таких как Ворота Европы. | |
Метаматериалы | Гипотетические, эксперименты, распространение [41] | Классическая оптика | Микроскопы , камеры , маскировка метаматериалов , маскировочные устройства | |
Металлическая пена | Исследования, коммерциализация | Корпуса | Космические колонии , летающие города | |
Многофункциональные структуры [42] | Гипотетические, эксперименты, несколько прототипов, мало коммерческих | Композитные материалы | Широкий диапазон, например, мониторинг самовосстановления, самовосстанавливающийся материал , морфинг | |
Наноматериалы : углеродные нанотрубки. | Гипотетические, эксперименты, диффузия, | Конструкционная сталь и алюминий | Более прочные и легкие материалы, космический лифт | Потенциальные применения углеродных нанотрубок , углеродного волокна |
Программируемая материя | Гипотетические, эксперименты [45] [46] | Покрытия , катализаторы | Широкий диапазон, например, глинятроника , синтетическая биология. | |
Квантовые точки | Исследования, эксперименты, прототипы [47] | ЖК-дисплей , светодиодный | Лазер на квантовых точках , будущее использование в качестве программируемой материи в технологиях отображения (телевидение, проекция), оптической передаче данных (высокоскоростная передача данных), медицине (лазерный скальпель) | |
Силицен | Гипотетические, исследовательские | Полевые транзисторы |
Субдисциплины
[ редактировать ]Основные отрасли материаловедения связаны с четырьмя основными классами материалов: керамикой, металлами, полимерами и композитами.
Существуют также широко применимые, независимые от материалов начинания.
- Характеристика материалов ( спектроскопия , микроскопия , дифракция )
- Вычислительное материаловедение
- Информатика и подбор материалов
Существуют также относительно широкие материалы по конкретным явлениям и методам.
Связанные или междисциплинарные области
[ редактировать ]- Физика конденсированного состояния , физика твердого тела и химия твердого тела.
- Нанотехнологии
- Минералогия
- Супрамолекулярная химия
- Биоматериаловедение
Профессиональные общества
[ редактировать ]- Американское керамическое общество
- АСМ Интернешнл
- Ассоциация технологий черной металлургии
- Общество исследования материалов
- Общество минералов, металлов и материалов
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]Цитаты
[ редактировать ]- ^ Эдди, Мэтью Дэниел (2008). Язык минералогии: Джон Уокер, химия и Эдинбургская медицинская школа, 1750–1800 гг . Издательство Эшгейт . Архивировано из оригинала 3 сентября 2015 г. - через Academia.edu.
- ^ Смит, Сирил Стэнли (1981). Поиск структуры . МТИ Пресс . ISBN 978-0262191913 .
- ^ Jump up to: а б Дефонсека, Крис (2020). Полимерные наполнители и упрочнители: применение и нетрадиционные альтернативы . Берлин: Walter de Gruyter GmbH & Co. KG. стр. 31. ISBN 978-3-11-066999-2 .
- ^ Псиллос, Димитрис; Кариотоглу, Петрос (2015). Итеративный дизайн последовательностей преподавания и обучения: внедрение материаловедения в европейских школах . Дордрехт: Спрингер. п. 79. ИСБН 978-94-007-7807-8 .
- ^ Мартин, Джозеф Д. (2015). «Что значит смена названия? Физика твердого тела, физика конденсированного состояния и материаловедение» (PDF) . Физика в перспективе . 17 (1): 3–32. Бибкод : 2015ФП....17....3М . дои : 10.1007/s00016-014-0151-7 . S2CID 117809375 .
- ^ Jump up to: а б Чаннел, Дэвид Ф. (2017). История технонауки: стирание границ между наукой и технологией . Оксон: Рутледж. п. 225. ИСБН 978-1-351-97740-1 .
- ^ «Для авторов: природные материалы». Архивировано 1 августа 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Каллистер-младший, Ретвиш. «Материаловедение и инженерия – Введение» (8-е изд.). Джон Уайли и сыновья, 2009 г., стр. 5–6.
- ^ Каллистер-младший, Ретвиш. Материаловедение и инженерия – Введение (8-е изд.), здания и автомобили в космические корабли. Основные классы материалов — металлы , полупроводники , керамика и полимеры .. John Wiley and Sons, 2009, стр. 10–12.
- ^ Гуденаф, Джон Б.; Ким, Янгсик (28 августа 2009 г.). «Проблемы литиевых аккумуляторов» . Химия материалов . 22 (3): 587–603. дои : 10.1021/cm901452z . ISSN 0897-4756 .
- ^ Загородний, Андрей А. (2006). Ионообменные материалы: свойства и применение . Амстердам: Эльзевир. стр. xi. ISBN 978-0-08-044552-6 .
- ^ А. Навроцкий (1998). «Энергетика и кристаллохимическая систематика структур ильменита, ниобата лития и перовскита». хим. Мэтр . 10 (10): 2787–2793. дои : 10.1021/cm9801901 .
- ^ Каллистер-младший, Ретвиш. «Материаловедение и инженерия – Введение» (8-е изд.) Джон Вили и сыновья, 2009 г.
- ^ Каллистер-младший, Ретвиш. «Материаловедение и инженерия – Введение» (8-е изд.). Джон Уайли и сыновья, 2009 г.
- ^ Каллистер-младший, Ретвиш. Материаловедение и инженерия - Введение (8-е изд.)
- ^ Гавецотти, Анджело (1 октября 1994 г.). «Предсказуемы ли кристаллические структуры?» . Отчеты о химических исследованиях . 27 (10): 309–314. дои : 10.1021/ar00046a004 . ISSN 0001-4842 .
- ^ Кристина Бузеа; Иван Пачеко и Кевин Робби (2007). «Наноматериалы и наночастицы: источники и токсичность» . Биоинтерфазы . 2 (4): MR17–MR71. arXiv : 0801.3280 . дои : 10.1116/1.2815690 . ПМИД 20419892 . S2CID 35457219 . Архивировано из оригинала 3 июля 2012 г.
- ^ Филип, Р; Кубяк, К; Зияджа, Вт; Сенявский, Дж (2003). «Влияние микроструктуры на механические свойства двухфазных титановых сплавов» . Журнал технологии обработки материалов . 133 (1–2): 84–89. дои : 10.1016/s0924-0136(02)00248-0 . ISSN 0924-0136 .
- ^ «Дефекты и несовершенства кристаллической структуры» , Кристаллические несовершенства: ключевые темы в материаловедении и инженерии , ASM International, стр. 1–12, 01 октября 2021 г., doi : 10.31399/asm.tb.ciktmse.t56020001 , ISBN 978-1-62708-389-8 , S2CID 244023491 , получено 29 октября 2023 г.
- ^ Лю, Цзы-Куй (2020). «Вычислительная термодинамика и ее приложения» . Акта Материалия . 200 : 745–792. Бибкод : 2020AcMat.200..745L . doi : 10.1016/j.actamat.2020.08.008 . ISSN 1359-6454 . S2CID 225430517 .
- ^ Кергер, Йорг; Рутвен, Дуглас М.; Теодору, Дорос Н. (25 апреля 2012 г.). Диффузия в нанопористых материалах . Уайли. дои : 10.1002/9783527651276 . ISBN 978-3-527-31024-1 .
- ^ Морхардт, Дункан Р.; Мони, Джошуа Р.; Эстрада, Карлос Р. (01.01.2019), «Роль биоматериалов в хирургии» , Рейс, Руи Л. (редактор), Энциклопедия тканевой инженерии и регенеративной медицины , Оксфорд: Academic Press, стр. 315–330 , doi : 10.1016/b978-0-12-801238-3.65845-2 , ISBN 978-0-12-813700-0 , получено 28 апреля 2024 г.
- ^ Шелби, РА; Смит Д.Р.; Шульц С.; Немат-Насер СК (2001). «Передача микроволновых волн через двумерный изотропный левосторонний метаматериал» (PDF) . Письма по прикладной физике . 78 (4): 489. Бибкод : 2001ApPhL..78..489S . дои : 10.1063/1.1343489 . Архивировано из оригинала (PDF) 18 июня 2010 года.
- ^ Смит, доктор медицинских наук; Падилья, штат Вашингтон; Вир, округ Колумбия; Немат-Насер, Южная Каролина; Шульц, С (2000). «Композитная среда с одновременно отрицательными проницаемостью и диэлектрической проницаемостью» . Письма о физических отзывах . 84 (18): 4184–7. Бибкод : 2000PhRvL..84.4184S . doi : 10.1103/PhysRevLett.84.4184 . ПМИД 10990641 .
- ^ Шмидт, Джонатан; Маркес, Марио Р.Г.; Ботти, Сильвана; Маркес, Мигель А.Л. (8 августа 2019 г.). «Последние достижения и применения машинного обучения в твердотельном материаловедении» . npj Расчетные материалы . 5 (1): 83. Бибкод : 2019npjCM...5...83S . дои : 10.1038/s41524-019-0221-0 . ISSN 2057-3960 . S2CID 199492241 .
- ^ Каллистер, Уильям Д.; Ретвиш, Дэвид Г. (2018). Материаловедение и инженерия. Введение (10-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и сыновья. п. 12. ISBN 9780470419977 .
- ^ Фабер, КТ; Эванс, А.Г. (1 апреля 1983 г.). «Процессы прогиба трещин — I. Теория» . Акта Металлургика . 31 (4): 565–576. дои : 10.1016/0001-6160(83)90046-9 . ISSN 0001-6160 .
- ^ Фабер, КТ; Эванс, А.Г. (1 апреля 1983 г.). «Процессы отклонения трещины — II. Эксперимент» . Акта Металлургика . 31 (4): 577–584. дои : 10.1016/0001-6160(83)90047-0 . ISSN 0001-6160 .
- ^ Грин, Д. (2005). «Преимущества IPV6 для бойца » Конференция MILCOM 2005–2005 IEEE по военной связи . IEEE. стр. 100-1 1–6 дои : 10.1109/milcom.2005.1606007 . ISBN 0-7803-9393-7 . S2CID 31152759 .
- ^ «Объяснитель: Что такое полимеры?» . 13 октября 2017 г. Проверено 2 мая 2024 г.
- ^ Бернард, Л.; Куэфф, Р.; Брейсс, К.; Декоден, Б.; Сауту, В. (15 мая 2015 г.). «Миграция пластификаторов ПВХ из медицинских изделий в имитатор инфузионных растворов» . Международный фармацевтический журнал . 485 (1): 341–347. doi : 10.1016/j.ijpharm.2015.03.030 . ISSN 0378-5173 . ПМИД 25796128 .
- ^ Лохаус, Ш.; Гейне, М.; Гузман, П.; Берналь-Чобан, КМ; Сондерс, Китай; Шен, Г.; Хеллман, О.; Бройдо, Д.; Фульц, Б. (27 июля 2023 г.). «Термодинамическое объяснение эффекта Инвара» . Физика природы . 19 (11): 1642–1648. Бибкод : 2023NatPh..19.1642L . дои : 10.1038/s41567-023-02142-z . ISSN 1745-2481 . S2CID 260266502 .
- ^ Чен, Сяньхуа; Лю, Лизи; Лю, Хуан; Пан, Фушен (2015). «Микроструктура, эффективность электромагнитного экранирования и механические свойства сплавов Mg–Zn–Y–Zr» . Материалы и дизайн . 65 : 360–369. дои : 10.1016/j.matdes.2014.09.034 . ISSN 0261-3069 .
- ^ «Размер рынка полупроводников, его доля и анализ воздействия COVID-19 по компонентам (устройства памяти, логические устройства, аналоговые микросхемы, микропроцессоры, устройства дискретного питания, микроконтроллеры, датчики и другие), по приложениям (сети и коммуникации, обработка данных, промышленность) , бытовая электроника, автомобилестроение и государственное управление) и региональный прогноз на 2022–2029 годы» . Бизнес-аналитика Fortune . 16 июля 2023 года. Архивировано из оригинала 11 июня 2023 года . Проверено 16 июля 2023 г.
- ^ «Карьера в полупроводниковой промышленности» . 06 сентября 2013 г. Архивировано из оригинала 4 июня 2016 г. Проверено 15 мая 2016 г.
- ^ «Sto AG, Cabot создает изоляцию из аэрогеля» . Строительство Цифра. 15 ноября 2011 года. Архивировано из оригинала 31 декабря 2011 года . Проверено 18 ноября 2011 г.
- ^ «Является ли графен чудодейственным материалом?» . Би-би-си Клик. 21 мая 2011 года . Проверено 18 ноября 2011 г.
- ^ «Может ли графен стать новым кремнием?» . Хранитель . 13 ноября 2011 года. Архивировано из оригинала 2 сентября 2013 года . Проверено 18 ноября 2011 г.
- ^ «Разрабатываемое применение графена» . пониманиеnano.com. Архивировано из оригинала 21 сентября 2014 г.
- ^ «Новая эра суперматериалов» . Новости Би-би-си . 5 марта 2007 г. Проверено 27 апреля 2011 г.
- ^ «Прогресс в материалах, но без плаща-невидимки» . Нью-Йорк Таймс . 8 ноября 2010 г. Архивировано из оригинала 1 июля 2017 г. Проверено 21 апреля 2011 г.
- ^ Веб-сайт NAE: Frontiers of Engineering. Архивировано 28 июля 2014 г. в Wayback Machine . Нае.еду. Проверено 22 февраля 2011 г.
- ^ «Углеродные нанотрубки, используемые для изготовления батарей из тканей» . Новости Би-би-си . 21 января 2010 года . Проверено 27 апреля 2011 г.
- ^ «Исследователи на шаг ближе к созданию синтетического мозга» . Ежедневная технология. 25 апреля 2011 года. Архивировано из оригинала 29 апреля 2011 года . Проверено 27 апреля 2011 г.
- ^ «Пентагон разрабатывает меняющих форму «трансформеров» для поля боя» . Фокс Ньюс. 10 июня 2009 года. Архивировано из оригинала 5 февраля 2011 года . Проверено 26 апреля 2011 г.
- ^ «Интел: Программируемая материя обретает форму» . ЗД Нет. 22 августа 2008 года . Проверено 2 января 2012 г.
- ^ « Квантовые точки» повысят производительность мобильных камер» . Новости Би-би-си . 22 марта 2010 г. Проверено 16 апреля 2011 г.
Библиография
[ редактировать ]- Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и проектирование (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3 .
- Аскеланд, Дональд Р.; Прадип П. Фуле (2005). Наука и инженерия материалов (5-е изд.). Томсон-Инжиниринг. ISBN 978-0-534-55396-8 .
- Каллистер-младший, Уильям Д. (2000). Материаловедение и инженерия – Введение (5-е изд.). Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-32013-5 .
- Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается . Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4 .
- Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлора и Фрэнсиса. ISBN 978-1-56032-992-3 .
- Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, HL (2004). Введение в материаловедение . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1 .
- Гордон, Джеймс Эдвард (1984). Новая наука о прочных материалах или почему вы не проваливаетесь сквозь пол (выпуск под ред.). Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-02380-9 .
- Мэтьюз, Флорида и Роулингс, РД (1999). Композиционные материалы: техника и наука . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0621-1 .
- Льюис, PR; Рейнольдс К. и Гагг К. (2003). Судебная материаловедение: практические примеры . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 9780849311826 .
- Вахтман, Джон Б. (1996). Механические свойства керамики . Нью-Йорк: Wiley-Interscience, John Wiley & Son's. ISBN 978-0-471-13316-2 .
- Уокер, П., изд. (1993). Словарь Чемберса по материаловедению и технологиям . Издательство Чемберс. ISBN 978-0-550-13249-9 .
- Махаджан, С. (2015). «Роль материаловедения в развитии микроэлектроники» . Вестник МРС . 12 (40): 1079–1088. Бибкод : 2015MRSBu..40.1079M . дои : 10.1557/мрс.2015.276 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хронология материаловедения в Обществе минералов, металлов и материалов (TMS) - по состоянию на март 2007 г.
- Бернс, Г.; Глейзер, AM (1990). Космические группы для ученых и инженеров (2-е изд.). Academic Press, Inc. Бостон: ISBN 978-0-12-145761-7 .
- Каллити, Б.Д. (1978). Элементы дифракции рентгеновских лучей (2-е изд.). Ридинг, Массачусетс: Издательство Addison-Wesley. ISBN 978-0-534-55396-8 .
- Джаковаццо, К; Мюнхен ХЛ; Витербо Д; Скордари Ф; Джилли Дж; Занотти Дж; Кэтти М (1992). Основы кристаллографии . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета . ISBN 978-0-19-855578-0 .
- Грин, диджей; Ханнинк, Р.; Суэйн, М.В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-6594-2 .
- Лавси, Юго-Запад (1984). Теория рассеяния нейтронов в конденсированном состоянии; Том 1: Рассеяние нейтронов . Оксфорд: Кларендон Пресс. ISBN 978-0-19-852015-3 .
- Лавси, Юго-Запад (1984). Теория рассеяния нейтронов в конденсированном состоянии; Том 2: Конденсированное вещество . Оксфорд: Кларендон Пресс. ISBN 978-0-19-852017-7 .
- О'Киф, М.; Хайд, Б.Г. (1996). «Кристаллические структуры; I. Узоры и симметрия». Zeitschrift für Kristallographie – Кристаллические материалы . 212 (12). Вашингтон, округ Колумбия: Минералогическое общество Америки, Серия монографий: 899. Бибкод : 1997ZK....212..899K . дои : 10.1524/zkri.1997.212.12.899 . ISBN 978-0-939950-40-9 .
- Сквайрс, Г.Л. (1996). Введение в теорию теплового рассеяния нейтронов (2-е изд.). Минеола, Нью-Йорк: ISBN Dover Publications Inc. 978-0-486-69447-4 .
- Янг, Р.А., изд. (1993). Метод Ритвельда . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета и Международный союз кристаллографии. ISBN 978-0-19-855577-3 .