Õpitee

Materjali kasulikud omadused tulenevad selle struktuurist korraga mitmel tasandil — aatomite seotus, kristalliline korrastus, defektid ja mikrostruktuur — ja just seepärast võib sama element olla pehme grafiit või kõva teemant.

Metallid, keraamika, polümeerid ja komposiidid erinevad kõigepealt selle poolest, kuidas nende aatomid seonduvad, ja see erinevus kandub edasi igasse omadusse, mis otsustab, kus kumbagi kasutatakse.

Difraktsioon, mikroskoopia ja spektroskoopia paljastavad kõik erineva mõõtkavaga materjali struktuuri — kristalli geomeetria, reaalruumi topoloogia või keemilise sideme — ning õige meetodi valimine tähendab meetodi sondi sobitamist küsimuse pikkusmõõtkavaga.

Pinge all olev materjal deformeerub esmalt elastselt, taastades pinge eemaldamisel täielikult oma algse kuju, kuid materjalispetsiifilisest voolavuspiirist möödudes deformeerub see selle asemel plastselt, läbides püsiva kujumuutuse, mida mikroskoopilisel tasandil juhib dislokatsioonide pöördumatu liikumine läbi kristallvõre, ja jätkuv deformatsioon viib lõpuks purunemiseni.

Mitte iga tahke aine ei ole kristalliline: amorfne tahke aine nagu klaas jahutatakse piisavalt kiiresti, et selle aatomid külmuvad korrastamata, vedelikutaolisse paigutusse, ilma et need kunagi asetuksid perioodilisse võresse, samal ajal kui vedelkristall hõivab vastupidise vahepealse ala, säilitades vedeliku voolamisvõime, hoides samas osalist, suunast sõltuvat molekulaarset korrastatust, mis tavalistel vedelikel puudub.

Komposiitmaterjal ühendab kaks või enam eraldiseisvat koostismaterjali — tavaliselt tugevdava faasi, mis kannab enamikku mehaanilisest koormusest, ja ümbritseva maatriksi, mis seob selle kokku ja kannab pinge üle —, et saavutada omaduste kombinatsioon, näiteks kõrge jäikus madala kaalu juures, mida kumbki koostisosa üksinda ei suudaks anda.

Polümeer on hiiglaslik molekul, mis on ehitatud paljudest korduvatest väikestest üksustest (monomeeridest), mis on ühendatud polümerisatsiooni teel, ja see, kas see pehmeneb kuumutamisel pöörduvalt (termoplast, hoitud koos ahelatega, mis saavad üksteisest mööda libiseda) või on kord moodustununa püsivalt jäik (termoreaktiivne, lukustatud üheks kovalentselt ristsidestatud võrgustikuks), on täielikult määratud ahelatevaheliste ristsidemete olemasolu või puudumisega.