材料科学

材料科学的跨学科领域，通常也称为材料科学与工程，是新材料（尤其是固体）的设计和发现。材料科学的知识渊源始于启蒙运动，当时研究人员开始使用化学，物理和工程学的分析思维来理解冶金学和矿物学中古老的现象学观察。材料科学仍然结合了物理、化学和工程学的元素。因此，该领域长期以来被学术机构视为这些相关领域的子领域。从1940年xxx始，材料科学开始被广泛认为是科学和工程学的一个独特领域，世界各地的主要技术大学都为研究它创建了专门的学校。

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材料科学是将冶金学、陶瓷、固态物理学和化学相结合的融合学科。这是融合而不是分裂产生的新学科的xxx个例子。
人类目前面临的许多最紧迫的科学问题是由于可用材料及其使用方法的局限性。因此，材料科学的突破可能会极大地影响技术的未来。

材料科学家强调了解材料的历史（其加工过程）如何影响其结构，从而影响材料的特性和性能。对处理-结构-属性关系的理解称为§材料范式。该范例用于增进对各种研究领域的理解，包括纳米技术，生物材料和冶金学。材料科学也是法医工程和故障分析的重要组成部分 –研究材料，产品，结构或组件失效或无法正常运行，导致人身伤害或财产损失。此类调查是了解例如各种航空事故和事故征候原因的关键。

材料科学是一个非常活跃的研究领域。与材料科学系，物理，化学和许多工程系一起参与了材料研究。材料研究涵盖了广泛的主题–以下非详尽清单重点介绍了一些重要的研究领域。

纳米材料原则上描述的是单个单元的尺寸（至少一维）在1至1000纳米（10 ^-9米）之间但通常为1-100 nm的材料。

纳米材料研究采用了基于材料科学的方法来研究纳米技术，利用了支持微细加工研究的材料计量学和合成技术的进步。具有纳米级结构的材料通常具有独特的光学，电子或机械性能。

像传统的化学领域一样，纳米材料的领域被松散地组织为有机（碳基）纳米材料，例如富勒烯，以及基于其他元素的无机纳米材料，例如硅。纳米材料的例子包括富勒烯、碳纳米管、纳米晶体等。

生物材料是与生物系统相互作用的任何物质，表面或构造。生物材料的研究被称为生物材料科学。在其历史上，它经历了稳定而强劲的增长，许多公司投入大量资金开发新产品。生物材料科学涵盖医学、生物学、化学、组织工程和材料科学的元素。

生物材料可以来自自然界，也可以在实验室中使用多种化学方法使用金属成分，聚合物，生物陶瓷或复合材料合成。它们通常旨在或适用于医学应用，例如执行，增强或替代自然功能的生物医学设备。此类功能可能是良性的，例如用于心脏瓣膜，或者可能具有更具交互作用的功能（例如羟基磷灰石涂层的髋关节植入物）具有生物活性。生物材料还每天用于牙科应用，外科手术和药物输送。例如，可以将具有浸渍药物产品的构建体放入体内，这允许在延长的时间段内延长药物的释放。生物材料也可以是用作器官移植材料的自体移植，同种异体移植或异种移植。

如今，半导体、金属和陶瓷被用于形成高度复杂的系统，例如集成电路、光电子器件以及磁和光大容量存储介质。这些材料构成了我们现代计算机世界的基础，因此对这些材料的研究至关重要。

半导体是这些类型材料的传统示例。它们是具有介于导体和绝缘体之间的特性的材料。它们的电导率对杂质浓度非常敏感，这允许使用掺杂来实现所需的电子性能。因此，半导体构成了传统计算机的基础。

该领域还包括新的研究领域，例如超导材料、自旋电子学、超材料等。这些材料的研究涉及材料科学和固态物理学或凝聚态物理学的知识。

材料科学的发展始于1950年代，因为人们认识到要创建，发现和设计新材料，必须以统一的方式进行研究。因此，材料科学与工程以多种方式出现：重命名和/或合并现有的冶金和陶瓷工程部门；从现有的固态物理学研究中分离出来（自身已经发展为凝聚态物理）；引进较新的聚合物工程和聚合物科学 ; 与以前的化学、化学工程、机械工程以及电气工程 。

该领域本质上是跨学科的，材料科学家/工程师必须了解并利用物理学家，化学家和工程师的方法。因此，该字段与这些字段保持紧密的关系。同样，许多物理学家、化学家和工程师也发现自己从事材料科学。

从科学的角度以及从工程的角度来看，材料科学和工程领域都是重要的。当发现新材料时，人们会遇到以前从未发现过的新现象。因此，在处理材料时会发现许多科学。材料科学还为凝聚态物理理论提供了测试。

材料对于工程师而言至关重要，因为在设计系统时，适当材料的使用至关重要。结果，材料科学已成为工程师教育中越来越重要的一部分。