Что такое специализация в области материаловедения:

Междисциплинарная область материаловедения, также известная как материаловедение и инженерия, охватывает проектирование и открытие новых материалов, особенно твердых. Интеллектуальные корни материаловедения берут начало с эпохи Просвещения, когда исследователи начали использовать аналитическое мышление из химии, физики и инженерии для понимания древних наблюдений и явлений в металлургии и минералогии. Материаловедение по сей день включает элементы физики, химии и инженерии. Эта область долгое время считалась академическими учреждениями подполем этих смежных дисциплин. Начиная с 1940-х годов, материаловедение стало широко признаваться как самостоятельная область науки и инженерии, и ведущие технические университеты по всему миру создали школы, посвященные его изучению.

Материаловеды акцентируют внимание на том, как история обработки материала влияет на его структуру, а значит, и на его свойства и производительность. Понимание взаимосвязи между обработкой, структурой и свойствами называется моделью материала. Эта модель используется для углубления знаний в различных областях исследований, включая нанотехнологии, биоматериалы и минералогию.

Материаловедение также является важной частью судебной инженерии и анализа дефектов – исследования материалов, продуктов, конструкций или компонентов, которые не функционируют должным образом, вызывая травмы или ущерб имуществу. Эти расследования имеют основополагающее значение для понимания, например, причин различных авиационных катастроф.

История специализации материаловедения:

Выбор материала для конкретной эпохи часто является важной вехой. Фразы, такие как каменный век, бронзовый век, железный век и век стали, являются историческими утверждениями, если привести их как случайные примеры. Материаловедение — одна из самых древних форм инженерии и прикладной науки, изначально возникшая из керамики и, вероятно, из металлургии. Современное материаловедение развивалось непосредственно из металлургии, которая, в свою очередь, развивалась из горного дела и (вероятно) керамики, а до этого — из использования огня. Существенный прорыв в понимании материалов произошел в конце XIX века, когда американский ученый Джозайя Уиллард Гиббс продемонстрировал, что термодинамические свойства, связанные с атомной структурой в разных фазах, связаны с физическими свойствами вещества. Важные элементы современного материаловедения стали продуктами космической гонки. Понимание и проектирование металлических сплавов, материалов из силикатов и углерода, использованных при строительстве космических аппаратов, способствовало освоению космоса. Материаловедение стало двигателем и двигателем революционных технологий, таких как резина, пластмассы, полупроводники и биоматериалы.

До 1960-х годов (и в некоторых случаях еще несколько десятилетий) многие кафедры материаловедения были металлургическими или керамическими инженерными кафедрами, что отражало внимание XIX и начала XX веков к металлам и керамике. Рост материаловедения в США частично был стимулирован Агентством передовых исследовательских проектов, которое финансировало ряд университетских лабораторий в начале 1960-х годов «для расширения Национальной программы базовых исследований и подготовки специалистов в области материаловедения». С тех пор эта область расширилась, охватив все классы материалов, включая керамику, полимеры, полупроводники, магнитные материалы, биоматериалы и наноматериалы, которые обычно классифицируются в три отдельные группы: керамика, металлы и полимеры. Существенное изменение в материаловедении в последние десятилетия связано с активным использованием компьютерных симуляций для поиска новых материалов, прогнозирования свойств и понимания явлений.

Значение изучения материаловедения:

Материаловедение и инженерия связывают множество различных дисциплин. Это мост между дизайнерами, которые используют материалы, и учеными, которые создают и разрабатывают новые материалы. Материаловедение связано с физическими объектами, из которых все сделано, связывая инженерные и научные концепции с реальным миром продуктов и людей. Оно критически важно для нашего выживания в мире, все больше зависимом от технологий и материалов.

Специализации в области материаловедения:

• Экологические науки
• Информатика
• Правила безопасности и охраны труда на инженерных объектах
• Геология
• Науки об управлении
• География
• Космическая инженерия
• Механика Земли

Сферы работы для специализации в области материаловедения:

• Работы на фабриках
• Работа в качестве супервизора или администратора
• Преподавательская деятельность
• Работа в инженерных лабораториях
• Работа в строительном секторе
• Сфера минеральных исследований
• Работа в шахтах

Что такое специализация в области нанотехнологий:

Нанотехнология, также сокращенно нанотехнология, — это использование материи на атомном, молекулярном и супрамолекулярном уровне для промышленных целей. Самое раннее и широко распространенное описание нанотехнологий относилось к технологической цели точного манипулирования атомами и молекулами для производства крупных изделий, что теперь также называется молекулярной нанотехнологией. Нанотехнология — это обработка материала с хотя бы одним размером от 1 до 100 нанометров. Это определение отражает тот факт, что квантово-механические эффекты важны на масштабе квантового мира, и, следовательно, определение изменилось с конкретной технологической цели на категорию исследований, включающую все виды исследований и методов, которые имеют дело с особыми свойствами материи, возникающими при размерах ниже указанного порога. Поэтому часто используется множественная форма «нанотехнологии», а также «нанотехнологии» для обозначения широкого круга исследований и приложений, общая характеристика которых — размер.

Нанотехнология как определенная по размеру область естественно является обширной, охватывая такие области науки, как поверхностная наука, органическая химия, молекулярная биология, физика полупроводников, хранение энергии, инженерия, микрофабрикация и молекулярная инженерия. Исследования и связанные с ними приложения также разнообразны, от расширения традиционной физики устройств до совершенно новых подходов, основанных на молекулярной самосборке, от разработки новых материалов с размерами на наноуровне до прямого контроля материи на атомном уровне.

Ученые в настоящее время обсуждают будущие последствия нанотехнологий. Нанотехнология может быть способна создавать новые материалы и устройства с широким спектром приложений, таких как наномедицина, наноэлектроника, биоматериалы, производство энергии и потребительские товары. С другой стороны, нанотехнологии вызывают те же вопросы, что и любая новая технология, включая обеспокоенность по поводу токсичности и воздействия наноматериалов на окружающую среду, их потенциальное влияние на мировую экономику, а также спекуляции о различных сценариях конца света. Эти опасения привели к дебатам между группами защиты и правительствами по поводу того, следует ли вводить особое регулирование нанотехнологий.

История специализации нанотехнологий:

Концепции, характеризующие нанотехнологию, были впервые обсуждены в 1959 году знаменитым физиком Ричардом Фейнманом в его лекции «Много места внизу», где он описал возможность синтеза через прямое манипулирование атомами.

Сравнение размеров наноматериалов

Термин «нанотехнология» был впервые использован Норио Танигачи в 1974 году, хотя он не был широко известен. Вдохновленный концепциями Фейнмана, К. Эрик Дрекслер использовал термин «нанотехнология» в своей книге «Двигатели творения: следующая эпоха нанотехнологий», в которой была предложена идея «сборщика» на наноуровне, который сможет строить копии себя и других элементов произвольной сложности с атомным контролем. Также в 1986 году Дрекслер стал соучредителем Института «Прогнозирование будущего», чтобы повысить общественную осведомленность и понимание концепций и последствий нанотехнологий.

Возникновение нанотехнологий как области произошло в 1980-х годах благодаря слиянию теоретической и общей работы Дрекслера, который разработал и опубликовал концептуальную основу для нанотехнологий, и экспериментов высокого разрешения, которые привлекли дополнительное внимание к возможностям атомного контроля предмета. В 1980-х годах два крупных достижения привели к росту нанотехнологий в современной эпохе. Во-первых, изобретение сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году, который обеспечивал беспрецедентную визуализацию отдельных атомов и связей и был успешно использован для манипулирования отдельными атомами в 1989 году. Разработчики микроскопа Герт Бенниг и Генрих Рёхер в Исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе были награждены Нобелевской премией по физике в 1986 году, а Бенниг, Котт и Гребер также изобрели аналогичный атомный силовой микроскоп в тот же год.

Значение изучения специализации нанотехнологий:

Нанонаука и нанотехнологии, часто называемые «нанонаука» или «нанотехнологии», — это просто наука и инженерия, проводимые на уровне нанометров, т.е. 10-9 метров. На протяжении последних двух десятилетий исследователи начали развивать способность манипулировать материей на уровне отдельных атомов и небольших групп атомов и характеризовать свойства материалов и систем на этом уровне. Эта способность привела к удивительному открытию, что группы небольшого числа атомов или молекул — наноагрегаты — часто имеют такие свойства (например, прочность, электрическое сопротивление, проводимость и оптическое поглощение), которые значительно отличаются от свойств того же материала на уровне отдельных молекул или макроскопическом уровне. Например, углеродные нанотрубки значительно менее хим