Padat
tahan suhu masuk kembali sampai dan melindungi ujung terdepan tutup moncong dan sayap pesawat ulang alik. RCC adalah bahan komposit laminasi yang terbuat dari kain rayon grafit dan diresapi dengan resin fenol formaldehida. Setelah dipulihkan pada suhu tinggi dalam autoklaf, laminasi tersebut dipirolisis untuk mengubah resin menjadi karbon, diimpregnasi dengan alkohol furfural dalam
vakum, dan dipulihkan/dipirolisis untuk mengubah alkohol furfural menjadi karbon. Untuk memberikan ketahanan oksidasi untuk kemampuan penggunaan kembali, lapisan luar RCC dikonversi menjadi silikon karbida.
Contoh komposit domestik dapat dilihat pada selubung "plastik" dari perangkat televisi, telepon seluler dan sebagainya. Selubung plastik ini biasanya terdiri dari komposit yang terdiri dari matriks termoplastik seperti akrilonitril butadiena stirena (ABS) dimana kapur kalsium karbonat, talk, serat kaca atau serat karbon telah ditambahkan untuk dispersi kekuatan, curah, atau elektro-statis. Penambahan ini dapat disebut sebagai serat penguat, atau dispersan, tergantung pada tujuannya.
Dengan demikian, bahan matriks mengelilingi dan mendukung bahan penguatan dengan mempertahankan posisi relatifnya. Penguatan memberi sifat mekanik dan fisik spesial untuk meningkatkan sifat matriks. Sinergisme menghasilkan sifat material yang tidak tersedia pada masing-masing bahan penyusunnya, sedangkan beragam bahan matriks dan penguatan memberi perancang pilihan kombinasi yang optimal.
Semikonduktor adalah bahan yang memiliki tahanan (dan konduktivitas) listrik antara konduktor logam dan isolator non-logam. Mereka dapat dijumpai pada tabel periodik mulai dari boron ditarik diagonal ke. Mereka memisahkan konduktor listrik (atau logam, di sebelah) dengan isolator (di sebelah).
Perangkat yang terbuat dari bahan semikonduktor adalah pondasi elektronik modern, termasuk radio, komputer, telepon, dll. Perangkat semikonduktor meliputi transistor, sel surya, dioda dan sirkuit terpadu. Panel surya fotovoltaik adalah perangkat semikonduktor besar yang secara langsung mengubah cahaya menjadi energi listrik.
Dalam sebuah konduktor logam, arus dibawa oleh "aliran elektron", namun pada semikonduktor, arus dapat dilakukan baik oleh elektron atau oleh "lubang" bermuatan positif dalam struktur pita elektron bahan. Bahan umum semikonduktor meliputi silikon, germanium dan galium arsenida.
Banyak padatan tradisional menunjukkan sifat yang berbeda saat mereka mengecil ke ukuran nanometer. Sebagai contoh, emas yang biasanya kuning, dan silikon yang biasanya abu-abu, menjadi berwarna merah; nanopartikel emas meleleh pada suhu yang jauh lebih rendah ( dengan ukuran) daripada lempengan emas (); dan logam kawat nano jauh lebih kuat daripada logam curahnya. Luas
permukaan nanopartikel yang besar membuatnya sangat menarik untuk aplikasi tertentu di bidang energi. Sebagai contoh, logam platina dapat memberikan peningkatan sebagai katalis bahan bakar otomotif, serta membran pertukaran proton ("proton exchange membrane", PEM) sel bahan bakar. Juga, oksida keramik (atau sermet) lantanum, serium, mangan dan nikel sekarang sedang dikembangkan sebagai sel bahan bakar oksida
padat ("solid oxide fuel cell", SOFC). Nanopartikel litium, litium-titanat dan tantalum sedang diterapkan pada baterai ion litium. Nanopartikel silikon telah terbukti secara dramatis memperluas kapasitas penyimpanan baterai ion litium selama siklus ekspansi/kontraksi. Silikon kawat nano memiliki siklus tanpa degradasi yang signifikan dan sekarang berpotensi untuk digunakan dalam baterai dengan waktu penyimpanan
yang sangat diperluas. Nanopartikel silikon juga digunakan dalam bentuk baru sel energi surya. Deposisi film tipis silikon pada substrat silikon polikristalin sel fotovoltaik (surya) meningkatkan output tegangan sebesar 60% dengan cara memendarkan cahaya masuk sebelum ditangkap. Lagi-lagi, luas permukaan nanopartikel (dan film tipis) memainkan peran penting dalam memaksimalkan jumlah radiasi yang diserap.
Banyak bahan alami (atau biologis) adalah komposit kompleks dengan sifat mekanik yang luar biasa. Struktur kompleks ini, yang telah muncul dari ratusan juta tahun evolusi, adalah bahan inspirasi para ilmuwan dalam merancang bahan baru. Karakteristik mereka yang menentukan meliputi hirarki struktural, multifungsi dan kemampuan swasembuh ("self-healing"). Swakelola ("self-organisation") juga merupakan
ciri mendasar dari banyak bahan biologis dan cara pembentukan struktur dari tingkat molekuler. Dengan demikian, muncul sebagai strategi baru dalam sintesis kimia biomaterial berkinerja tinggi.
Sifat fisika unsur dan senyawa yang memberikan bukti konklusif komposisi kimia meliputi bau, warna, volume, densitas (massa per satuan volume), titik leleh, titik didih, kapasitas panas, bentuk fisik dan wujud pada suhu kamar (padat, cair atau gas, kubik, kristal trigonal, dll.), kekerasan, porositas, indeks bias dan banyak lainnya. Bagian ini membahas beberapa sifat fisika bahan dalam wujud padat.
Sifat mekanis bahan menggambarkan karakteristik seperti kekuatan dan ketahanannya terhadap deformasi. Sebagai contoh, balok baja digunakan dalam konstruksi karena kekuatannya yang tinggi, yang berarti bahwa keduanya tidak pecah atau ditekuk secara signifikan di bawah beban yang diterapkan.
Sifat mekanis meliputi elastisitas dan plastisitas, kekuatan tarik, kekuatan tekan, kekuatan geser,, keuletan (rendah pada bahan rapuh), dan kekerasan indentasi. Mekanika zat padat adalah studi tentang perilaku benda padat di bawah tindakan eksternal seperti kekuatan eksternal dan perubahan suhu.
Padatan tidak menunjukkan aliran makroskopis, seperti fluida. Setiap derajat penyimpangan dari bentuk aslinya disebut deformasi. Proporsi deformasi terhadap ukuran aslinya disebut regangan ("strain"). Jika diterapkan tegangan ("stres") yang cukup rendah, hampir semua bahan padat berperilaku sedemikian rupa sehingga regangan berbanding lurus dengan tegangan (hukum Hooke).
Koefisien proporsinya disebut modulus elastisitas atau modulus Young. Daerah deformasi ini dikenal sebagai daerah elastis linier. Tiga model dapat menggambarkan bagaimana padatan merespon terhadap tekanan yang diterapkan:
Banyak bahan menjadi lemah pada suhu tinggi. Bahan yang dapat mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi, disebut bahan refraktori, yang bermanfaat untuk banyak tujuan. Sebagai contoh, keramik kaca telah banyak sekali digunakan untuk alas masak, karena mereka menunjukkan sifat mekanis yang luar biasa dan dapat menahan perubahan suhu yang cepat dan berulang hingga. Dalam industri dirgantara, bahan
berkinerja tinggi yang digunakan dalam rancangan eksterior pesawat dan/atau wahana luar angkasa harus memiliki ketahanan terhadap kejutan termal. Oleh karena itu, serat menggantikan polimer organik dan bahan komposit polimer/keramik/logam serta polimer bertulang serat sekarang sedang dirancang dengan tujuan ini.
Oleh karena padatan memiliki energi termal, atom-atom mereka bervibrasi di sekitar posisi yang tetap di dalam kisi tertata (atau tak tertata). Spektrum vibrasi kisi dalam jaringan kristal atau kaca menyediakan dasari untuk teori kinetika padatan. Gerak ini terjadi pada level atom, sehingga tidak dapat diamati atau dideteksi tanpa peralatan yang memadai, seperti yang digunakan dalam spektroskopi.
Sifat termal padatan meliputi konduktivitas termal, yaitu sifat bahan yang menunjukkan kemampuannya untuk menghantarkan panas. Padatan juga mempunyai kapasitas panas spesifik, yaitu kapasitas suatu bahan untuk menyimpan energi dalam bentuk panas (atau vibrasi kisi termal).