Chat ran dang vat chat khac chat long (cac trang thai khac la chat long, chat khi va plasma). So voi cac trang thai vat chat kia, cac phan tu trong chat ran sap xep chat che voi nhau va chua it đong nang nhat. Vat ran đuoc đac trung boi đo cung va kha nang chong lai luc tac dung len be mat (theo phuong vuong goc hoac phuong tiep tuyen). Nhung đac tinh nay phu thuoc vao tinh chat cua cac nguyen tu cau tao nen chat ran, cau truc sap xep, va luc lien ket giua cac nguyen tu đo. Chat ran khong chay đuoc nhu chat long đe co hinh dang nhu vat chua cua no, cung khong no ra đe lap đay toan bo the tich san co nhu chat khi. Chat ran khong the bi nen voi ap suat nho trong khi chat khi co the nen đuoc voi ap suat nho boi vi cac phan tu trong chat khi đuoc chuyen đong tu do.
Chat ran thuong đuoc chia thanh ba dang co ban — tinh the, vo đinh hinh, va gia tinh the. Tinh the co cau truc nguyen tu đuoc sap xep trat tu đeu đan va co tinh lap lai tuan hoan. Hau het tat ca cac kim loai va cac khoang chat nhu muoi an (natri chloride) đeu co cau truc tinh the. Chat ran vo đinh hinh la vat chat ma cac nguyen tu va phan tu đeu khong đuoc sap xep theo mot mang khong gian nhat đinh. Thuy tinh, nhua, va gel la nhung loai chat ran vo đinh hinh. Chat ran gia tinh the (hay con đuoc goi tua tinh the, quasi-crystal) co nhung cau truc đoi xung moi đuoc kham pha, trong đo su lap lai cua cac nguyen tu khong đuoc tuan hoan o moi đoan nhat đinh. Cau truc tua tinh the thuong gap o cac hop kim cua nhom khi ket hop voi cac kim loai khac nhu sat, cobalt, hoac nickel.
Nganh vat ly lien quan đen chat ran đuoc goi la vat ly chat ran, va la nhanh chinh cua vat ly vat chat ngung tu (bao gom ca chat long). Nganh khoa hoc vat lieu chu yeu quan tam đen cac tinh chat vat ly va hoa hoc cua chat ran. Nganh hoa hoc chat ran đac biet quan tam đen viec tong hop cac vat lieu moi, cung nhu khoa hoc xac đinh va thanh phan hoa hoc.


Cau truc vi mo Cac nguyen tu, phan tu hoac ion tao nen chat ran co the đuoc sap xep mot cach tuan hoan đeu đan hoac khong đeu. Vat lieu co cac thanh phan đuoc sap xep theo mot mo hinh đeu đan, tuan hoan đuoc goi la tinh the. Trong mot so truong hop, trat tu sap xep đeu đan co the keo dai lien tuc, khong bi gian đoan tren quy mo lon, vi du nhu kim cuong, trong đo moi vien kim cuong la mot đon tinh the. Cac vat the ran đu lon đe co the nhin thay va cam nam đuoc hiem khi đuoc cau tao tu mot đon tinh the, ma thay vao đo đuoc lam tu mot so luong lon cac đon tinh the, đuoc goi la đa tinh the. Hau het tat ca cac kim loai thong thuong va vat lieu gom la nhung đa tinh the.
Mot so vat lieu khac co cau truc nguyen tu khong sap xep đeu đan trong mot gioi han dai cua mang khong gian. Nhung vat chat nay đuoc goi la chat ran vo đinh hinh; vi du bao gom polystyrene, polycacbonat, va thuy tinh.
Cau truc cua chat ran (tinh the hay vo đinh hinh) phu thuoc vao ban chat cua lien ket hoa hoc, qua trinh co nhiet, va đieu kien hinh thanh chung. Qua trinh lam lanh nhanh nham giu dung dich ran o trang thai vo đinh hinh va ngan can viec tao mam tinh the; ket qua tao ra chat ran vo đinh hinh. Qua trinh lam nguoi cham hay u nguoi se tao ra cau truc tinh the.
Nhieu vat the thong thuong nhu nuoc đa hoac mot đong xu co thanh phan hoa hoc đong nhat trong toan bo cau truc vat the. Trong khi đo, mot so vat lieu khac lai cau thanh tu nhieu chat khac nhau trong cau truc vat the. Vi du, đa la mot cau truc tong hop cua nhieu loai chat khoang va  mineraloid khac nhau voi thanh phan hoa hoc khac nhau. Cac loai vat lieu xo soi thuc vat nhu go, tre... la nhung chat huu co tu nhien chu yeu bao gom cac soi xenlulo đuoc nhung trong mot nen lignin huu co. Trong nganh khoa hoc vat lieu, vat lieu composite đuoc tao ra tu nhieu vat lieu khac nhau nham đat đuoc nhung đac tinh mong muon.


Phan loai Su khac nhau ve lien ket giua cac nguyen tu trong cau truc se tao ra nhung loai chat ran khac nhau. Bon loai lien ket nguyen tu thuong gap trong cac tinh the ran: lien ket kim loai, lien ket ion, lien ket cong hoa tri, va lien ket phan tu (luc van der Waals). Vi du, tinh the natri chloride (muoi an thong thuong) đuoc tao thanh tu hai ion, natri va clo, đuoc giu voi nhau bang lien ket ion. Trong lien ket kim loai, cac electron hoa tri đuoc di chuyen tu do giua cac nguyen tu kim loai, giup kim loai va hop kim cua chung co đo dan đien va dan nhiet cao. Trong cau truc kim cuong hoac silicon, cac nguyen tu chia se electron va hinh thanh lien ket cong hoa tri. Cac tinh the co lien ket cong hoa tri co đac tinh cung, mot so loai co tinh gion. Luc Van der Waals, hinh thanh do su dao đong luong cuc cua đien tich, la luc lien ket yeu, trong pham vi gan (duoi 1 nanomet), giup lien ket cac tinh the dang tam trong cau truc graphit hoac cac tam silicat trong cau truc khoang pyrophyllite. Do luc van der Waals la luc lien ket yeu, nen tinh the co luc van der Waals se co đo cung thap, nhiet đo soi va nhiet đo nong chay thap. Loai lien ket khac nhau se lam cho tinh chat cua cac loai chat ran khac nhau.


= Kim loai =

Cac kim loai thuong la chat dan đien manh va dan nhiet tot. Phan lon cac nguyen to trong bang tuan hoan, nhung nguyen to nam ben trai đuong cheo ve tu bo đen poloni, la kim loai. Hon hop cua hai hoac nhieu nguyen to trong đo thanh phan chinh la kim loai đuoc goi la hop kim.
Con nguoi đa su dung kim loai, nhu đong, bac, hoac chi, cho nhieu muc đich khac nhau tu thoi tien su. Đo ben va đo tin cay cua kim loai đa dan đen viec chung đuoc su dung rong rai trong xay dung cac toa nha va cac cau truc khac, cung nhu trong hau het cac phuong tien giao thong, nhieu thiet bi va dung cu, đuong ong, bien bao đuong bo va đuong sat. Sat va nhom la hai kim loai ket cau đuoc su dung pho bien nhat. Đong thoi, chung cung la nhung kim loai phong phu nhat trong vo Trai Đat. Sat đuoc su dung pho bien nhat o dang hop kim la thep. Do chua toi 2,1% cacbon, nen thep cung hon nhieu so voi sat nguyen chat.
Vi kim loai la chat dan đien tot, nen chung co gia tri ung dung cao trong cac thiet bi đien va đe truyen tai đien đi xa voi nang luong hao phi thap. Do đo, he thong luoi đien su dung cap kim loai đe phan phoi đien. Vi du, he thong đien gia đinh su dung day đien bang đong vi đac tinh dan đien tot va de gia cong. Nho co tinh dan nhiet cao, kim loai đuoc ung dung đe san xuat dung cu nau nuong.
Viec nghien cuu cac nguyen to kim loai va hop kim cua chung chiem mot phan đang ke trong cac linh vuc hoa hoc chat ran, vat ly, khoa hoc vat lieu va ky thuat.
Cac ion kim loai, mang đien tich duong, đuoc lien ket voi nhau bang tap hop mat đo cao cua nhung electron tu do; luc lien ket nay đuoc goi la lien ket kim loai. Trong cau truc kim loai, cac nguyen tu de dang mat electron ngoai cung (electron hoa tri), tao thanh ion duong. Cac electron tu do di chuyen tren toan bo mang khong gian cua chat ran. Cac ion kim loai đuoc lien ket voi nhau bang tuong tac tinh đien giua cac ion va đam may electron. Nho vao so luong lon cac electron tu do trong cau truc, nen kim loai co tinh dan đien va dan nhiet tot. Cac electron tu do cung ngan can anh sang kha kien, lam cho kim loai sang bong, phan chieu anh sang, va ruc ro.
Nhung mo hinh hien đai mo ta tinh chat kim loai ghi nhan tac đong cua ion duong (o trung tam nguyen tu) len electron tu do. Do hau het cac kim loai đeu co cau truc tinh the, nen nhung ion nay thuong đuoc sap xep thanh mang khong gian lap lai tuan hoan. Ve mat toan hoc, đien the cua nhung ion duong trung tam nay co the tinh đuoc bang cac mo hinh toan hoc khac nhau, đon gian nhat la mo hinh electron gan nhu tu do.


= Khoang chat =

Khoang chat la chat ran co trong tu nhien đuoc hinh thanh thong qua cac qua trinh đia chat khac nhau duoi ap suat cao. Khoang chat co thanh phan cau tao đa dang, tu cac nguyen to va muoi đon gian đen cac hop chat silicat rat phuc tap voi hang ngan dang hinh the. Nguoc lai, mot mau đa la mot tap hop ngau nhien cua cac khoang chat va/hoac mineraloid, va khong co thanh phan hoa hoc cu the. Phan lon cac loai đa trong vo Trai Đat co chua thach anh (tinh the SiO2), felspat, mica, clorit, cao lanh, calcit, creatinine, olivin, augit, hornblend, magnetit, hematit, limonit va mot so khoang chat khac. Mot so khoang chat nhu thach anh, mica hoac fenspat pho bien, trong khi nhung khoang chat khac chi đuoc tim thay o mot so đia điem tren toan the gioi. Nhom khoang chat lon nhat cho đen nay la silicat (hau het cac loai đa co thanh phan chua ≥ 95% silicat), đuoc cau tao phan lon tu silic va oxy, voi su bo sung cua cac ion nhom, magie, sat, calci va cac kim loai khac.


= Gom su =

Gom su la nhung vat lieu vo co cau tao gom nhung nguyen to kim loai va phi kim lien ket hoa hoc voi nhau. Chung co the ton tai o dang tinh the, phi tinh the, hoac hon hop cua ca hai dang. Gom su co đo cung cao, đo ben nhiet tot, đo dan nhiet va he so gian no vi nhiet thap. Ngoai ra, gom su la vat lieu tro ve mat hoa hoc, co kha nang chiu đuoc su an mon hoa hoc xay ra trong moi truong axit hoac kiem (xut an da). Gom su thuong co the chiu đuoc nhiet đo cao tu 1000 đen 1600 °C (1800 đen 3000 °F). Cac truong hop ngoai le bao gom cac vat lieu vo co khong phai oxit, chang han nhu nitrit, borid va cacbit.
Thanh phan nguyen lieu tho đe san xuat gom su truyen thong bao gom khoang set nhu kaolinit, silica, va felspat. Đat set, chiem phan lon trong thanh phan cau tao cua gom su, co cong thuc Al2O3·2SiO2·2H2O voi luong nho tap chat. Silica (SiO2) co nhiet đo nong chay cao nen giup gom su co tinh chiu nhiet tot. Felspat (K2O·Al2O3·6H2O) co nhiet đo nong chay thap, giup ket dinh cac cau tu chiu nhiet lai voi nhau. Cac loai gom su đuoc phat trien gan đay hon co chua them nhom oxit (alumin), carbide silic, va carbide wolfram trong thanh phan cau tao. Carbide silic va carbide wolfram đuoc đanh gia cao ve kha nang chong mai mon va do đo đuoc su dung trong cac ung dung nhu tam mai mon cua thiet bi nghien trong hoat đong khai thac.
Hau het cac vat lieu gom, chang han nhu alumin va cac hop chat cua no, đuoc hinh thanh tu bot min, tao ra mot vi cau truc đa tinh the hat min chua đay cac trung tam tan xa anh sang tuong đuong voi buoc song cua anh sang kha kien. Do đo, chung thuong la nhung vat lieu khong trong suot, trai nguoc voi nhung vat lieu trong suot. Tuy nhien, cong nghe kich thuoc nano gan đay (vi du nhu sol-gel) đa co the san xuat gom su trong suot đa tinh the nhu alumin trong suot va cac hop chat alumin cho cac ung dung nhu laser cong suat cao. Gom su cao cap cung đuoc su dung trong cac nganh cong nghiep y hoc, đien, va đien tu.
Ky thuat gom la khoa hoc va cong nghe tao ra cac vat lieu, bo phan va thiet bi bang gom o trang thai ran. Đieu nay đuoc thuc hien bang phuong phap phan ung ket tua tu cac dung dich hoa hoc duoi tac dung cua nhiet, hoac o nhiet đo thap. Thuat ngu nay bao gom qua trinh tinh che nguyen lieu tho, nghien cuu va san xuat cac hop chat hoa hoc co lien quan, su hinh thanh cac cau tu, va viec nghien cuu cau truc, thanh phan cau tao, va tinh chat cua chung.
Ve mat co hoc, vat lieu gom co tinh gion, cung, chiu nen manh va chiu luc keo va cat yeu. Vat lieu gion co the the hien đo ben keo đang ke bang cach chiu tai trong tinh. Đo ben cho biet vat lieu co the hap thu bao nhieu nang luong truoc khi hong hoc co hoc, trong khi đo ben đut gay (fracture toughness) (ky hieu la KIc) mo ta kha nang cua vat lieu voi cac sai hong mang tinh the von co nham chong lai su đut gay thong qua su phat trien va lan truyen vet nut. Neu mot vat lieu co gia tri đo ben đut gay lon, cac nguyen tac co ban cua linh vuc co hoc đut gay cho thay rang no rat co the se trai qua qua trinh đut gay deo. Gay gion la tinh chat đac trung cua hau het cac vat lieu gom va gom thuy tinh thuong bieu hien cac gia tri KIc thap (va khong nhat quan).
Vi du ve cac ung dung cua gom su, đo cung cuc cao cua zirconia đuoc su dung trong san xuat luoi dao, cung nhu cac dung cu cat cong nghiep khac. Nhung loai vat lieu gom su nhu nhom oxit (Al2O3), bo carbide (B4C), va silic carbide (SiC) đa đuoc su dung trong ao chong đan đe co the chiu đuoc luc đan cua sung truong co lon. Silic nitride (Si3N4) đuoc su dung trong cac o bi su, nho vao đac tinh đo cung cao giup chung chong mai mon hieu qua. Gom su cung co kha nang chong hoa chat va co the đuoc su dung trong moi truong am uot, noi cac o truc thep se de bi an mon do oxy hoa.
Mot vi du khac ve cac ung dung gom, vao đau nhung nam 1980, Toyota đa nghien cuu san xuat đong co đot trong gom đoan nhiet voi buong đot lam bang gom. Đong co gom khong yeu cau he thong lam mat do đo cho phep giam trong luong đang ke va đat hieu suat nhien lieu cao hon. Trong mot đong co kim loai thong thuong, phan lon nang luong thai ra tu nhien lieu phai đuoc tieu tan duoi dang nhiet thai đe ngan chan su nong chay cua cac bo phan kim loai. Gom su cung đang đuoc nghien cuu nham ung dung trong đong co tuabin khi (Ceramic gas turbine – CGT). Đong co tuabin lam bang gom su su dung trong may bay co the hoat đong hieu qua hon, giup may bay tam hoat đong va kha nang chiu tai lon hon đoi voi mot luong nhien lieu nhat đinh. Tuy nhien, nhung đong co nhu vay khong đuoc san xuat vi viec san xuat cac bo phan bang gom voi đo chinh xac va đo ben cao la rat kho va ton kem. Cac phuong phap xu ly thuong dan đen su phan bo rong rai cua cac sai hong mang tinh the cuc nho, thuong đong vai tro bat loi trong qua trinh thieu ket, dan đen su gia tang cac vet nut va cuoi cung la hong hoc co hoc.


= Gom thuy tinh =

Vat lieu gom thuy tinh co nhieu đac tinh giong voi ca thuy tinh (vo đinh hinh) va gom ket tinh (tinh the). Chung đuoc tao thanh duoi dang thuy tinh, va sau đo đuoc ket tinh mot phan bang cach xu ly nhiet, tao ra ca pha vo đinh hinh va pha tinh the đe cac hat tinh the đuoc phan bo đeu tren nen pha vo đinh hinh.
Gom thuy tinh đuoc su dung đe lam dung cu nau an (ban đau đuoc biet đen voi ten thuong hieu Pyroceram va Vision cua hang CorningWare) va mat bep do co he so truyen nhiet cao, tinh chiu nhiet tot, khong dan đien, va trong suot. He so gian no nhiet am cua pha gom ket tinh co the can bang voi he so duong cua pha thuy tinh. Tai mot điem ket tinh nhat đinh (khoang 70% the tich cau truc la pha tinh the) gom thuy tinh co hieu he so gian no nhiet gan bang khong.
Gom thuy tinh co nhung uu điem nhu tinh ben trong đieu kien nhiet đo thay đoi nhanh, on đinh ve mat hoa hoc, de gia cong co khi, va chiu mai mon tot. Gom thuy tinh cung co the xuat hien ngoai tu nhien khi set đanh vao cac hat tinh the (vi du nhu thach anh) co trong cat bien. Trong truong hop nay, nhiet đo cuc cao va tuc thoi cua tia set (khoang 2.500 °C) lam nong chay tinh the, tao ra cau truc rong va phan nhanh đuoc goi la fulgurite.


= Chat ran huu co =

Hoa hoc huu co nghien cuu cau truc, tinh chat, thanh phan, phan ung va đieu che bang cach tong hop (hoac cac phuong tien khac) cac hop chat hoa hoc cua cacbon va hydro, co the chua bat ky nguyen to nao khac nhu nito, oxy va cac halogen: flo, clo, brom va iod. Mot so hop chat huu co cung co the chua cac nguyen to phosphor hoac luu huynh. Vi du ve chat ran huu co bao gom go, sap parafin, naphthalene va nhieu loai polyme va chat deo.


 Go  Go la mot vat lieu huu co tu nhien chu yeu bao gom cac soi xenlulo đuoc phan bo đeu trong nen lignin. Ve tinh chat co hoc, soi trong go co đo ben đut cao va nen ma tran lignin (von la nhung polymer huu co phuc tap) giup go chiu nen tot. Vi vay, go la mot vat lieu xay dung quan trong ke tu khi con nguoi bat đau xay dung noi o va đong tau thuyen. Go đuoc su dung cho cong viec xay dung thuong đuoc goi la go xe hoac go moc. Trong xay dung, go khong chi la vat lieu ket cau ma con đuoc dung đe tao khuon đe đo be tong.
Vat lieu lam tu go cung đuoc su dung rong rai đe đong goi (vi du nhu bia cung) va giay, ca hai đeu đuoc tao ra tu bot giay. Qua trinh san xuat bot giay theo phuong phap hoa hoc su dung su ket hop cua nhiet đo cao va hoa chat kiem (kraft) hoac axit (sulfit) đe pha vo cac lien ket hoa hoc cua lignin truoc khi đot chay.


 Polymer  Polyme la nhom nhung hop chat cao phan tu đuoc tao thanh tu nhung đon vi cau truc đuoc lap đi lap lai, lien ket voi nhau bang lien ket cong hoa tri, hinh thanh mot phan tu dang mach dai. Neu polyme chi gom mot loai đon vi cau truc tao nen, thi se đuoc goi la polyme đong the (homopolymer); neu co tu hai loai polyme khac nhau cung tham gia cau tao nen phan tu polyme, thi se đuoc goi la polyme đong trung hop (copolymer). Mot trong nhung san pham polyme đon gian nhat la polyetylen đuoc hinh thanh tu qua trinh polyme hoa nhung phan tu etylen. Hai nhom polyme chinh ton tai: nhung polyme đuoc san xuat nhan tao đuoc goi la polyme cong nghiep hoac polyme tong hop (chat deo) va nhung loai co nguon goc tu nhien la polyme sinh hoc.
Nhung đon vi cau truc lap lai nay đuoc goi la monome. Cac monome co the co nhieu nhom the hoac cac nhom chuc khac nhau, co the anh huong đen nhung tinh chat hoa hoc cua cac hop chat huu co, chang han nhu tinh hoa tan va tinh hoat hoa, cung nhu nhung tinh chat vat ly, nhu đo cung, ty trong, đo ben co hoc hoac đo ben keo, kha nang chong mai mon, tinh chiu nhiet, đo trong suot, mau sac, v.v.. Trong protein, nhung khac biet nay cho phep polyme co kha nang ap dung cau truc hoat đong sinh hoc uu tien hon nhung cau truc khac (xem phan tu lap rap).

Con nguoi đa su dung polyme huu co tu nhien trong nhieu the ky duoi dang sap va shellac, đuoc xep vao loai polyme nhiet deo. Mot loai polyme thuc vat co ten la cellulose cung cap đo ben keo cho soi tu nhien va day thung. Vao đau the ky 19, cao su tu nhien, mot loai polyme huu co tu nhien, đa đuoc su dung rong rai. Polyme la nguyen lieu tho (duoi dang nhua deo – resin) đuoc su dung đe tao ra chat deo. Nhua (plastics) la san pham cuoi cung, đuoc tao ra sau khi mot hoac nhieu polyme hoac chat phu gia đuoc them vao resin trong qua trinh che bien, sau đo đuoc đinh hinh thanh dang cuoi cung. Cac loai polyme đa co tu lau va đang đuoc su dung rong rai hien nay, bao gom polyetylen goc cacbon, polypropylen, polyvinyl chloride, polystyren, nylon, polyeste, acrylic, polyurethane va polycarbonat, va silicon goc silicon. Nhua thuong đuoc phan loai la nhua "hang hoa", "đac thu" va "ky thuat".


= Vat lieu composite =

Composite la loai vat lieu đa pha, voi cac pha khac nhau ve mat hoa hoc va phan cach nhau bang ranh gioi pha, đuoc tao ra nho qua trinh ket hop nhan tao tu nhung vat lieu khac nhau nham tao ra nhung đac tinh ma tung vat lieu thanh phan khong co đuoc. Mot chat chi đuoc goi la vat lieu composite khi thoa man đuoc ba đieu kien. Thu nhat, vat lieu phai đuoc san xuat nhan tao (do vay, cac loai vat lieu tu nhien nhu go khong đuoc xem la vat lieu composite). Thu hai, vat lieu cau tao tu nhieu pha co tinh chat vat ly va hoa hoc khac nhau, cac pha phan bo đeu đan, phan cach nhau bang ranh gioi pha. Thu ba, vat lieu composite phai co tinh chat khac biet voi tinh chat cua tung loai cau tu tao thanh rieng re. Hai loai vat lieu chinh cua composite la vat lieu nen (matrix) va vat lieu cot (fiber). Ngoai ra, trong qua trinh san xuat, composite con đuoc them vao chat lien ket, chat bao phu, va chat đon. Vat lieu nen co nhiem vu gan ket va phan bo cot, đong thoi truyen luc tac đong ben ngoai đen vat lieu cot. Dua theo loai vat lieu nen, co the phan loai composite thanh ba nhom: composite nen chat deo (polyme) – PMC, composite nen kim loai – MMC, va composite nen ceramic – CMC.
Vat lieu composite đuoc ung dung rat đa dang, tu nhung vat lieu ket cau nhu be tong cot thep, đen gach cach nhiet von đong vai tro quan trong trong he thong bao ve nhiet tau con thoi cua NASA; loai gach nay đuoc su dung đe bao ve be mat cua tau con thoi khoi suc nong gay ra do bau khi quyen trong hanh trinh bay ve Trai Đat. Mot vi du cua loai vat lieu cach nhiet nay la Cacbon gia cuong–Cacbon (RCC), co the chiu đuoc nhiet đo len đen 1510 °C (2750 °F), giup bao ve nap mui va cac canh đau cua canh tau con thoi. RCC la vat lieu composite cau tao gom nhieu lop vai rayon than chi va đuoc tam nhua phenolic. Sau khi luu hoa o nhiet đo cao trong lo say, nhung tam RCC đuoc nhiet phan đe chuyen nhua thanh carbon, đuoc ngam tam voi con furfural trong buong chan khong, va sau đo đuoc nhiet phan đe chuyen tu con furfural thanh cacbon. Đe cung cap kha nang chong oxy hoa giup RCC co the tai su dung, cac lop ben ngoai RCC đuoc chuyen thanh carbide silic.
Nhung vat dung gia dung lam bang vat lieu composite bao gom vo nhua cua TV, đien thoai di đong, v.v. Vo nhua cua nhung thiet bi nay la loai vat lieu composite nen nhua nhiet deo nhu Acrylonitrin butadien styren (ABS) trong đo đa phan calci cacbonat, bot talc, soi thuy tinh hoac soi cacbon đa đuoc them vao đe tang cuong đo ben, khoi luong, hoac tinh phan tan tinh đien. Nhung chat bo tro nay thuong đuoc goi la soi gia cuong hoac chat phan tan, tuy thuoc vao muc đich su dung cua chung.
Do đo, vat lieu nen bao quanh va ho tro cac vat lieu gia cuong (vat lieu cot) bang cach duy tri vi tri tuong đoi cua chung. Vat lieu gia cuong bo sung cac tinh chat co hoc va vat ly đac biet cua chung nham giup tang cuong cac đac tinh cua vat lieu nen. Su ket hop tuong ho nay tao ra cac thuoc tinh vat lieu khong co san tu cac vat lieu cau thanh rieng le, đong thoi, su đa dang cua vat lieu nen va vat lieu tang cuong giup nhung nha thiet ke san pham co the chon ra cong thuc phoi tron toi uu.


= Chat ban dan =

Chat ban dan la vat lieu co gia tri đien tro suat (va đo dan đien) nam giua gia tri đien tro suat cua chat dan đien kim loai va chat cach đien phi kim loai. Chung co the đuoc tim thay trong bang tuan hoan di chuyen theo đuong cheo xuong tu nguyen to Bo. Nhung nguyen to ben trai la vat lieu dan đien (kim loai) con nhung nguyen to ben phai la chat cach đien.
Nhung thiet bi lam tu vat lieu ban dan la nen tang cua nganh đien tu hien đai, bao gom radio, may tinh, đien thoai, v.v. Nhung linh kien ban dan bao gom bong ban dan, pin mat troi, điod va mach tich hop. Tam quang đien mat troi la thiet bi ban dan lon, truc tiep bien đoi anh sang thanh nang luong đien.
Trong mot vat dan đien kim loai, dong đien đuoc mang theo boi dong di chuyen electron, nhung trong chat ban dan, dong đien co the đuoc di chuyen boi cac electron hoac boi cac "lo trong" tich đien duong trong cau truc dai đien tu cua vat lieu. Cac vat lieu ban dan pho bien bao gom silic, germani va gali arsenua.


= Vat lieu nano =

Nhieu chat ran truyen thong the hien cac đac tinh khac nhau khi chung đuoc co lai o kich thuoc nanomet. Vi du, cac hat nano cua vang va silicon (trang thai binh thuong la mau xam) co mau đo; cac hat nano vang nong chay o nhiet đo thap hon nhieu (khoang 300 °C trong kich co 2,5 nm) so voi vang o dang tam (1064 °C); va cac soi nano kim loai ben hon nhieu so voi chinh kim loai đo o dang khoi. Dien tich be mat cua cac hat nano rat lon, giup chung đuoc quan tam nghien cuu đe san xuat mot so ung dung nhat đinh trong linh vuc nang luong. Vi du, kim loai bach kim co the đuoc dung lam chat xuc tac nhien lieu o to hoac pin nhien lieu mang trao đoi proton (PEM). Ngoai ra, cac oxit gom (hoac gom kim loai) cua lanthan, xeri, mangan va niken hien đang đuoc phat trien nhu pin nhien lieu oxit ran (SOFC). Cac hat nano lithi, lithi-titanat va tantali đang đuoc ung dung trong pin Li-ion. Cac hat nano silicon đa đuoc chung minh la co the mo rong đang ke dung luong luu tru cua pin Li-ion trong chu ky gian no–co lai. Cac soi nano silicon co the hoat đong tuan hoan ma khong bi suy giam va co tiem nang su dung trong pin voi thoi gian luu tru đuoc mo rong đang ke. Cac hat nano silic cung đang đuoc su dung trong cac pin nang luong mat troi dang moi. Su ket bam mang mong cua cac cham luong tu silicon tren nen silicon đa tinh the cua te bao quang đien (nang luong mat troi) lam tang san luong đien ap len toi 60% bang cach phat huynh quang cua anh sang toi truoc khi tiep nhan. O đay mot lan nua, dien tich be mat cua cac hat nano (va mang mong) đong mot vai tro quan trong trong viec toi đa hoa luong buc xa đuoc hap thu.


= Vat lieu sinh hoc =

Nhieu vat lieu tu nhien (hoac sinh hoc) la vat lieu tong hop phuc tap voi cac đac tinh co hoc đang chu y. Nhung cau truc phuc tap nay, đa hinh thanh tu hang tram trieu nam tien hoa, la nguon cam hung cho cac nha khoa hoc vat lieu trong viec thiet ke cac vat lieu moi. Cac đac điem xac đinh cua chung bao gom cau truc phan cap, tinh đa chuc nang va kha nang tu phuc hoi. Tinh tu to chuc cung la mot đac điem co ban cua nhieu vat lieu sinh hoc va cach thuc ma cac cau truc đuoc lap rap tu cap đo phan tu tro len. Do đo, tu sap xep (self-assembly) đang noi len nhu mot chien luoc moi trong tong hop hoa hoc cua vat lieu sinh hoc hieu suat cao.


Tinh chat vat ly Tinh chat vat ly cua cac nguyen to va hop chat cung cap thong tin ve thanh phan hoa hoc bao gom mui, mau sac, the tich, ty trong (khoi luong tren mot đon vi the tich), điem nong chay, điem soi, nhiet dung, hinh the va hinh dang vat ly o nhiet đo phong (ran, long hoac khi; tinh the lap phuong, tam giac, v.v.), đo cung, đo xop, chi so khuc xa va nhieu tinh chat khac. Phan nay thao luan ve mot so tinh chat vat ly cua vat lieu o trang thai ran.


= Tinh chat co hoc =

Tinh chat co hoc cua vat lieu mo ta cac đac điem nhu đo ben va kha nang chong bien dang cua chung. Vi du, dam thep đuoc su dung trong xay dung vi đo ben cao cua chung, co nghia la chung khong bi gay hoac uon cong đang ke duoi tai trong.
Cac tinh chat co hoc bao gom đo đan hoi va đo deo, đo ben keo, đo ben nen, đo ben cat, đo ben đut gay, đo deo (nhung vat lieu gion co đo deo thap) va đo cung lom. Co hoc chat ran la mon ky thuat nghien cuu ve hoat đong cua vat chat ran duoi cac tac đong ben ngoai nhu ngoai luc va su thay đoi nhiet đo.
Chat ran khong the hien tinh chay o cau truc vi mo nhu chat long. Bat ky muc đo nao khac voi hinh dang ban đau cua no đuoc goi la su bien dang. Ty le cua su bien dang so voi kich thuoc ban đau đuoc goi la bien dang. Neu ung suat tac dung đu thap, hau nhu tat ca cac vat lieu ran đeu hoat đong theo cach ma bien dang ty le thuan voi ung suat (đinh luat Hooke). He so ty trong đuoc goi la mođun đan hoi hay mođun Young. Vung bien dang nay đuoc goi la vung đan hoi tuyen tinh. Ba mo hinh co the mo ta cach mot vat ran phan ung voi mot ung suat:

Tinh đan hoi – Khi mot ung suat tac dung bi loai bo, vat lieu tro lai trang thai binh thuong (khi khong bien dang) cua no.
Nhot đan hoi – Đay la nhung vat lieu hoat đong đan hoi, nhung cung co giam chan. Khi khong con ung suat tac dung, cong đuoc thuc hien đe chong lai cac hieu ung giam bien dang (do ma sat) va đuoc chuyen thanh nhiet nang trong vat lieu. Đieu nay dan đen mot vong lap tre trong đuong cong ung suat–bien dang. Đieu nay ngu y rang phan ung co hoc co su phu thuoc vao thoi gian.
Tinh deo – Khi ung suat tac đong len vat lieu von co tinh đan hoi nho hon gia tri gioi han chay, vat lieu đo se the hien tinh đan hoi. Khi ung suat lon hon gioi han chay, vat lieu se co tinh deo va khong tro lai trang thai truoc đo. Bien dang deo xay ra sau điem gioi han chay co tinh chat khong thuan nghich, tro nen ben vung co đinh.
Nhieu vat lieu tro nen yeu hon o nhiet đo cao. Vat lieu giu đuoc đo ben o nhiet đo cao đuoc goi la vat lieu chiu lua; nhung loai vat lieu nay đuoc ung dung cho nhieu muc đich khac nhau. Vi du, gom thuy tinh đuoc su dung lam mat bep, vi co nhung đac tinh co hoc tot va ben nhiet trong đieu kien nhiet đo thay đoi nhanh va lien tuc len đen 1000 °C. Trong nganh hang khong vu tru, cac vat lieu hieu suat cao đuoc su dung trong thiet ke ngoai that cua may bay va tau vu tru phai co kha nang chong soc nhiet cao. Do đo, soi tong hop đuoc lam tu cac polyme huu co va cac vat lieu composite – composite nen polyme, gom, hoac nen kim loai – va cac polyme soi gia cuong hien đang đuoc thiet ke voi muc đich nay.


= Tinh chat nhiet =

Cac nguyen tu hoac phan tu chat ran co vi tri nhat đinh trong mang khong gian, đuoc sap xep theo trat tu nhat đinh trong khong gian ba chieu, va co the dao đong xung quanh vi tri cua chung. Ly thuyet đong hoc cua chat ran dua tren ly thuyet quang pho cua dao đong mang tinh the trong mang luoi tinh the hoac thuy tinh. Chuyen đong nay xay ra o cap đo nguyen tu, do đo khong the quan sat hoac phat hien đuoc neu khong co thiet bi chuyen dung cao, chang han nhu thiet bi đuoc su dung trong quang pho.
Tinh chat nhiet cua chat ran bao gom tinh dan nhiet, la tinh chat cua vat lieu bieu thi kha nang dan nhiet. Chat ran cung co nhiet dung rieng, la kha nang tich tru nang luong cua vat lieu duoi dang nhiet (hay dao đong mang tinh the nhiet).


= Tinh chat đien =
Nhung tinh chat đien cua chat ran bao gom đo dan đien, đien tro, tro khang va đien dung. Chat dan đien nhu kim loai va hop kim co tinh chat đoi lap voi nhung vat lieu cach đien nhu thuy tinh va gom su. Chat ban dan co tinh chat trung gian giua hai loai vat lieu nay. Đoi voi kim loai, su dan đien đuoc tao ra do cac electron, con trong chat ban dan, ca electron va lo trong đeu gop phan tao ra dong đien. Ngoai ra, trong vat dan ion, nhung ion cung ho tro tao ra dong đien.
Nhieu vat lieu cung the hien tinh sieu dan o nhiet đo thap; chung bao gom cac nguyen to kim loai nhu thiec va nhom, cac hop kim kim loai khac nhau, mot so chat ban dan đuoc pha tap chat nhieu va mot so vat lieu gom nhat đinh. Đien tro suat cua hau het cac vat dan đien kim loai thuong giam dan khi nhiet đo ha xuong, nhung điem gioi han van khong qua thap. Tuy nhien, trong chat sieu dan, đien tro đot ngot giam xuong bang khong khi vat lieu đuoc lam lanh duoi nhiet đo toi han cua no. Dong đien chay trong mot vong day sieu dan co the ton tai vo thoi han ma khong can nguon đien.
Chat đien moi, hay chat cach đien, la vat lieu co kha nang chong lai dong đien chay qua. Mot chat đien moi, chang han nhu chat deo, co xu huong tap trung đien truong đat vao trong chinh no, đac tinh nay đuoc su dung trong tu đien. Tu đien la mot thiet bi đien co the luu tru nang luong trong đien truong giua mot cap vat dan đat cach nhau gan nhau (goi la "ban"). Khi đat hieu đien the vao tu đien, cac đien tich co đo lon bang nhau, nhung co đien cuc trai dau, tich tu tren moi ban tu. Tu đien đuoc su dung trong cac mach đien nhu thiet bi luu tru nang luong, cung nhu trong cac bo loc đien tu đe phan biet giua tin hieu tan so cao va tan so thap.


 Tinh chat co đien  Ap đien la kha nang cua mot so vat lieu (o dang tinh the hoac ceramic) sinh ra dong đien va đien ap khi chiu tac dung luc co hoc. Nguoc lai, khi co hieu đien the đat vao hai đau tinh the ap đien, chung se thay đoi hinh dang. Cac vat lieu polyme nhu cao su, len, toc, xo go va lua thuong hoat đong nhu nhung electret (mot loai vat lieu đien moi). Vi du, polyme polyvinylidene fluoride (nhua PVDF) phan hoi ap đien lon hon nhieu lan so voi vat lieu ap đien truyen thong nhu thach anh (SiO2 tinh the). Đo bien dang (khoang 0,1%) co loi cho cac ung dung ky thuat huu ich nhu nguon đien cao the, loa phong thanh, tia laser, cung nhu cac cam bien hoac đau do hoa hoc, sinh hoc va quang hoc.


= Tinh chat quang hoc =
Vat lieu co the truyen anh sang (vi du nhu thuy tinh) hoac phan xa anh sang (vi du nhu kim loai). Anh sang co the truyen xuyen qua vat lieu o mot so buoc song trong khi bi chan lai o mot so buoc song khac. Vi du, kinh cua so trong suot đoi voi anh sang nhin thay, nhung lai ngan su truyen anh sang cua tia cuc tim. Đac tinh nay đuoc su dung cho cac bo loc quang hoc hap thu chon loc dua tren buoc song cua anh sang toi.
Tuy vao muc đich, vat lieu ran can co ca tinh chat quang hoc va co ly. Vi du, cac cam bien tren ten lua di chuyen hong ngoai ("tam nhiet") đuoc bao ve bang mot lop vat lieu boc ben ngoai trong suot đoi voi buc xa hong ngoai. Vat lieu hien nay đuoc lua chon cho cac mai vom ten lua dan đuong hong ngoai toc đo cao la saphir đon tinh the. Saphir co kha nang truyen anh sang trong pham vi hong ngoai trung binh (300 nm–5 µm), nhung bat đau giam o buoc song lon hon xap xi 4,5 µm o nhiet đo phong. Mac du đo ben cua saphir tot hon so voi cac vat lieu vom hong ngoai tam trung khac o nhiet đo phong, nhung no lai yeu đi o nhiet đo tren 600 °C.
Truyen song buoc song anh sang dan huong lien quan đen soi quang hoc va kha nang truyen đong thoi va co muc that thoat cuong đo thap cua mot so loai thuy tinh nhat đinh, mot dai tan so (ong dan song quang hoc dang phuc) voi it xay ra hien tuong nhieu giua chung. Ong dan song quang đuoc su dung lam thanh phan trong mach quang tich hop hoac lam phuong tien truyen dan trong he thong thong tin quang hoc.


 Quang–đien tu  Pin mat troi hay te bao quang đien (PV cell) la mot thiet bi chuyen đoi nang luong anh sang thanh nang luong đien. Ve co ban, thiet bi chi can thuc hien hai chuc nang: tao anh cua hat mang đien (electron va lo trong) trong vat lieu hap thu anh sang, va tach cac hat mang đien toi mot tiep điem dan đien se truyen đien (noi mot cach đon gian la mang electron tat qua mot kim loai tiep xuc voi mot mach ngoai). Su chuyen đoi nay đuoc goi la hieu ung quang đien va linh vuc nghien cuu lien quan đen pin mat troi đuoc goi la quang đien.
Pin mat troi co nhieu ung dung. Tu lau, chung đa đuoc su dung trong cac truong hop khong co nguon đien tu luoi đien, chang han nhu trong he thong đien o vung sau vung xa, ve tinh quay quanh Trai Đat va tau tham do khong gian, may tinh cam tay, đong ho đeo tay, đien thoai vo tuyen tu xa va cac ung dung bom nuoc. Gan đay hon, chung bat đau đuoc su dung trong cac cum mo-đun nang luong mat troi (bang quang đien) đuoc ket noi voi luoi đien thong qua mot bo bien tan, khong hoat đong nhu mot nguon cung cap duy nhat ma la mot nguon đien bo sung.
Tat ca cac te bao nang luong mat troi đeu can mot vat lieu hap thu anh sang co trong cau truc te bao đe hap thu cac photon va tao ra cac đien tu thong qua hieu ung quang đien. Cac vat lieu đuoc su dung trong pin mat troi co xu huong co đac tinh la hap thu uu tien cac buoc song cua anh sang mat troi truyen đen be mat Trai Đat. Mot so pin mat troi cung đuoc toi uu hoa đe hap thu anh sang ben ngoai bau khi quyen cua Trai Đat.


Xem them Chat long
Chat khi
Plasma


Tham khao Lien ket ngoai Solid (state of matter) tai Encyclopædia Britannica (tieng Anh)
Chat ran tai Tu đien bach khoa Viet Nam
Vat li chat ran tai Tu đien bach khoa Viet Nam