👷♂️بررسی نقش محوری مواد مهندسی در توسعه فناوری و صنعت
آنچه که در این مقاله قصد بررسی آن را داریم، مروری جامع بر حوزه مواد مهندسی است. به‌طور کلی، عناصر و مواد مختلف، ساده یا مرکب، که برای ساخت یک شی ضروری هستند، مواد نامیده می‌شوند. با توجه به اینکه، مواد می‌توانند ماهیت متنوعی داشته باشند، بنابراین خواص و ویژگی‌های ذاتی آنها از جنبه‌های مختلف فیزیکی، شیمی، هدایت الکتریکی یا ساختار، می‌تواند بسیار متفاوت باشد. لازم به ذکر است که مطالعه ماهیت مواد مهندسی برای حوزه متالورژی، فیزیک و شیمی و همچنین زمینه های مجاور آنها مانند معماری و ساخت و ساز بسیار مورد توجه است. ( سنگ آهن )
از جمله خواص بارز مواد مهندسی عبارتند از: سختی، شکنندگی، انعطاف پذیری، نفوذ ناپذیری، شفافیت و هدایت حرارتی و… . لازم به ذکر است که مواد را می‌توان به مجموعه‌ای کم و بیش ناهمگن تبدیل و گروه‌بندی کرد. به همین دلیل، این اصطلاح اساساً برای هر مجموعه‌ای به کار می رود: مواد آموزشی (خط کش، دفترچه یادداشت، مداد و…)، مواد آزمایشگاهی (پیپت، دستکش و…) یا مصالح ساختمانی (سیمان، تیرآهن و…). با این حال، علوم ویژه‌ای تحت عنوان، (علوم مواد) و (مواد مهندسی) وجود دارد که موضوع مطالعه آنها، اساساً همه مواد قابل استفاده در حوزه صنعتی است.
ماهیت مواد مهندسی
شایان ذکر است که یک ماده، را تنها در صورتی می‌توان در طبقه مواد مهندسی گروه‌بندی نمود که از سه شرط اساسی زیر به صورت همزمان برخوردار باشند.
غیر زنده بودن :
به‌عنوان مثال، پوست یک حیوان تا وقتی که زنده است را نمی‌توان یک ماده مهندسی به شمار آورد. با این حال پس از مرگ حیوان، پوست آن در زمره مواد مهندسی جای می‌گیرد. به عبارتی، یکی از مهمترین مشخصه‌های مواد مهندسی، ثابت بودن است و تا مادامی که حیوان زنده است، پوست دچار تغییر می‌شود: به‌عنوان مثال، پوست یک حیوان تا وقتی که زنده است را نمی‌توان یک ماده مهندسی به شمار آورد. با این حال پس از مرگ حیوان، پوست آن در زمره مواد مهندسی جای می‌گیرد. به عبارتی، یکی از مهمترین مشخصه‌های مواد مهندسی، ثابت بودن است و تا مادامی که حیوان زنده است، پوست دچار تغییر می‌شود.
جامد بودن :
بر اساس این اصل، گازها و مایعات را نمی‌توان در حوزه مواد مهندسی جای داد.
دارای کاربرد مهندسی بودن.
بر اساس این اصل، گازها و مایعات را نمی‌توان در حوزه مواد مهندسی جای داد.
انواع مواد مهندسی
در ادامه، به چند نمونه از رایج‌ترین انواع مواد مهندسی پرداخته می‌شود:
فلزات :
به‌طور کلی، تمام فلزات را می‌توان در سه گروه فلزات آهنی، غیر آهنی و آلیاژها طبقه‌بندی کرد.گروه فلزات آهنی عمدتاً از آهن تشکیل شده‌اند. این گروه، همچنین ممکن است حاوی مقادیر کمی از فلزات دیگر یا سایر عناصری مانند کربن، منگنز، نیکل، کروم، سیلیکون، تیتانیوم، تنگستن و... باشند. گروه دیگر، فلزات غیرآهنی هستند که مهمترین مشخصه آنها این است که حاوی آهن نیست. رایج‌ترین فلزات خالص عبارتند از: آلومینیوم، مس، سرب، روی، قلع، نقره و طلا. آلیاژها نیز، فلزهای جدیدی هستند که از ترکیب دو یا چند فلز و گاهی چندین عنصر با یکدیگر به وجود می‌آیند.
سرامیک‌ها :
مواد سرامیکی به تمام آن دسته از جامدات غیرآلی غیر فلزی گفته می‌شود که مهمترین مشخصه آنها، داشتن مخلوطی از پیوندهای یونی و کووالانسی می‌باشد. شایان ذکر است که ظاهر مواد سرامیکی، متنوع است و به شکل بافت‌های رسی، شفاف، شیشه‌ای، رنگارنگ و غیره مشاهده می‌شود.
پلیمرها :
پلیمرها یا پلاستیک‌ها پس از فرآیندی به نام پلیمریزاسیون تولید می‌شوند و شامل پیوندهای کووالانسی هزاران مولکول آلی کوچک به نام مونومر یا مرس هستند. یک پلیمر به این صورت است که گویی بسیاری از سکه‌ها را که از مرکز سوراخ شده‌اند با یک نخ به هم وصل کرده‌ایم، در نهایت یک زنجیره سکه به دست می‌آوریم که در آن، سکه‌ها مونومر و زنجیره سکه‌ها پلیمر هستند.
کامپوزیت‌ها:
در علم و مهندسی مواد، مواد کامپوزیتی موادی هستند که از دو یا چند جزء با خواص فیزیکی یا شیمیایی کاملاً متفاوت تشکیل شده‌اند و در ترکیب با هم ماده‌ای با خواص متفاوت نسبت به هر جزء جداگانه، تشکیل می‌دهند.
نیمه هادی‌ها :
برخلاف مواد عایق و همچنین رساناها، مواد نیمه هادی رفتار دوگانه‌ای دارند: این موادف بسته به میدان الکتریکی حاوی آنها یا مکانی که هستند، می‌توانند رساناً یا عایق باشند.
طبقه‌بندی مواد مهندسی در یک گروه فرعی
البته مواد دیگری نیز در این پنج گروه قرار دارند که از اهداف کاربردی یکسانی برخوردار بوده و به همین دلیل در یک گروه فرعی دیگر، گروه‌بندی می‌شوند:
بیومواد :
قدمت استفاده از مواد زیستی به صدها سال قبل که مردم از مواد چوبی استفاده می‌کردند، باز می‌گردد. اما اکنون این رشته بسیار پیشرفته‌تر شده است. با این فناوری، می‌توان واکسن‌ها، داروها یا پروتئین‌های جدیدی ایجاد کرد. بیومواد در بسیاری از زمینه‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. احتمالاً هر کسی در مقطعی از زندگی خود از برخی مواد زیستی استفاده کرده است.
مواد مغناطیسی :
مواد مغناطیسی موادی هستند که به طور طبیعی دارای خواص جذاب یا دافعه بر مواد دیگر هستند. به عنوان مثال: آهن، نیکل، کبالت، فریت.
مواد هوشمند :
مواد هوشمند دارای خواصی هستند که به تغییرات محیطی خود واکنش نشان می‌دهند. این بدان معنی است که یکی از خواص آن می‌تواند در اثر یک شرایط خارجی مانند دما، نور، فشار یا الکتریسیته تغییر کند. این تغییر برگشت پذیر است و می‌تواند چندین بار تکرار شود.
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این حوزه و شناخت انواع مواد مهندسی، می‌توانید با کارشناسان آهن معدن تماس حاصل فرمایید.
کارکرد مهندسین حوزه مواد
مهندسان مواد، متخصصانی هستند که مسئول طراحی، پردازش، ایجاد و آزمایش مواد برای تولید طیف وسیعی از محصولات هستند. برخی مسئول ایجاد مواد برای دستگاه‌های الکترونیکی مانند تراشه‌های کامپیوتری هستند، برخی دیگر در زمینه هوانوردی، به‌عنوان مثال در طراحی مواد برای بال‌های هواپیما و برخی دیگر موادی را برای دستگاه‌های زیست پزشکی، مانند ضربان ساز، یا پروتز تولید میکنند.
برای انجام این کار، آنها خواص و ساختار موادی مانند فلزات، سرامیک، پلاستیک، ترکیبات، نانوذرات، مولکول‌ها و سایر مواد را مطالعه میکنند. و از آنجایی که در خواص آن متخصص هستند، در انتخاب مناسب‌ترین مواد برای ساخت یک محصول خاص نیز نقش دارند.
یک متخصص در این زمینه، معمولاً وظایف زیر را انجام می‌دهد:
- برنامه ریزی و ارزیابی پروژه های مواد جدید
- تهیه پیشنهادات و بودجه، تجزیه و تحلیل هزینه ها، تهیه گزارش و سایر وظایف اداری.
- نظارت بر کار تکنسین ها، مهندسان و دانشمندان.
- طراحی پروتکل‌های آزمایش مستقیم مواد.
- نظارت بر عملکرد مواد و ارزیابی خرابی آنها.
- ارزیابی تاثیر ماده تولیدی بر محیط زیست.
- مطالعه مواد در سطح اتمی
انواع متخصصان حوزه مواد
از آنجایی که مهندسی مواد، یک رشته بسیار وسیع است. مهندسانی که در این زمینه کار میکنند معمولاً با توجه به نوع موادی که با آن کار می کنند تخصص دارند. بنابراین، انواع مختلفی از متخصصان در این حرفه وجود دارد:
- سرامیک : مهندسین متخصص در این حوزه، مواد سرامیکی می‌سازند و آنها را به محصولاتی مانند قطعات موشک و صفحه نمایش ال سی دی تبدیل میکنند.
- کامپوزیت ها : تولید موادی با خواص ویژه برای هواپیما، اتومبیل و سایر محصولات مشابه.
- متالورژیست ها : این مهندسان، در مطالعه و ایجاد آلیاژهای فلزات(فولاد و آلومینیوم) تخصص دارند.
- پلاستیک : این مهندسان، انواع مختلفی از پلیمرها یا پلاستیک‌ها را برای محصولات بسیار متنوع تولید و آزمایش میکنند.
- مواد نیمه هادی : مهندسان متخصص در این حوزه، مسئول ایجاد و آزمایش مواد میکرو الکترونیکی مورد استفاده برای رایانه ها، حسگرها و سایر محصولات مرتبط با فناوری می‌باشند.
نتیجه‌گیری
در نهایت لازم به توضیح است که توسعه دانش مواد مهندسی و علم متالورژی، به شکل‌گیری فروآلیاژهای متعددی از جمله فرومنگنز، فروسیلیس ، فروسیلیکو منگنز و… منجر شده است. با شکل‌گیری این فروآلیاژها، امروزه شاهد کیفیت بالای فولاد و فلزات تولیدی مختلف هستیم.
سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه این حوزه نه تنها موجب رشد اقتصادی می‌شود، بلکه راه‌حل‌های نوآورانه‌ای برای چالش‌های جهانی مانند بحران انرژی و تغییرات آب و هوایی ارائه خواهد داد. آینده این رشته، آینده‌ای درخشان و پر از فرصت‌های کشف نشده است که می‌تواند زندگی بشر را به شیوه‌های غیرقابل پیش‌بینی متحول سازد.
