moaminsharifi/fa-wiki-spell-checker huggingface dataset:
فرمول کلی آن‌ها به صورت formula_5 است که در آن M یکی از فلزهای منگنز، نیکل، کبالت، روی، مس یا منیزیم است. ساختار بلوری آن‌ها همریخت بلور کانی اسپینل (formula_6) و مکعبی شکل است. جهت‌گیری بلوری تأثیری در مگنیشن ماده ندارد و به همین دلیل جزء مواد مغناطیسی نرم محسوب می‌شوند. یعنی اندازه یا جهت میدان مغناطیسی آن‌ها به آسانی تغییر می‌کند. از این رو برای ساخت آهنرباهای موقت مناسب‌اند. «نیکل فریت» (formula_7) و «منگنز فریت» (formula_8) نمونه‌هایی از فریت‌های اسپینل هستند.
فرمول کلی آن‌ها به صورت formula_9 است که در آن M فلز ایتریم (Y) یا یک عنصر خاکی کمیاب دیگر است. ساختار بلوری آن مشابه کانی گارنت (لعل) و مکعبی شکل است. اما پیچیدگی بیشتری نسبت به ساختار اسپینل دارد و مگنیشن این ماده در جهت‌های مختلف نتایج متفاوتی دارد. این مواد نیز جزء مواد مغناطیسی سخت محسوب می‌شوند. «ایتریم آهن گارنت» (YIG) با فرمول formula_10
نمونه‌ای از فریت‌های گارنت است که در مدارهای الکترونیکی تجهیزات مایکروویو به کار می‌رود.
آهنرباهای فریت از دستهٔ مواد فرومغناطیسی هستند. در این مواد جهت گشتاورهای مغناطیسی اتم‌ها مخالف هم است اما چون اندازه‌شان برابر نیست یکدیگر را به‌طور کامل خنثی نمی‌کنند و گشتاور مغناطیسی خالصی در ماده باقی می‌ماند. هنگامی که این مواد در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند، تمام این گشتاورهای باقی‌مانده هم‌جهت می‌شوند و ماده خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کند. بیشتر این گشتاورها پس از حذف میدان خارجی نیز تقریباً هم‌جهت می‌مانند و ماده را به یک آهنربای دائمی تبدیل می‌کنند.
یکی از نمونه‌های معروف آهنرباهای فریت، یکی از اکسیدهای آهن به نام مگنتیت با فرمولformula_1 است که آن را به عنوان «آهنربای طبیعی» نیز می‌شناسند. این ماده دو یون آهن سه ظرفیتی و یک یون آهن دو ظرفیتی دارد. جهت‌گیری گشتاور مغناطیسی دو یون آهن سه ظرفیتی مخالف هم است و یکدیگر را خنثی می‌کنند. اما گشتاور مغناطیسی یون‌های آهن دو ظرفیتی خنثی نشده باقی می‌ماند و در ماده خاصیت مغناطیسی ایجاد می‌کنند.
از لحاظ خواص مغناطیسی، فریت‌ها به دو دستهٔ «سخت» (آهنرباهای دائمی) و «نرم» (آهنرباهای موقت) تقسیم می‌شوند:
این مواد از یک سو تراوایی مغناطیسی بالایی دارند و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی خارجی به راحتی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند و میدان را تقویت می‌کنند. از سوی دیگر وادارندگی پایینی دارند و با حذف میدان خارجی، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهند. به عبارت دیگر مگنیشن و دی مگنیشن این فریت‌ها به آسانی انجام می‌شود. از این فریت‌ها در تجهیزاتی استفاده می‌شود که میدان‌های مغناطیسی متناوب ایجاد می‌کنند مانند هستهٔ ترانسفورماتورها و القاگرهای دستگاه‌های مخابراتی و میکروالکترونیک. یک مزیت مهم فریت‌های نرم نسبت به مواد مغناطیسی نرم فلزی و رسانا این است که عایق الکتریسیته هستند. چرا که با تغییر اندازه یا جهت میدان مغناطیسی، در مواد رسانا جریان‌های الکتریکی القا می‌شود و این امر منجر به تولید گرما و اتلاف انرژی می‌شود. به این پدیده ایجاد «جریان گردابی» (Eddy Current) گفته می‌شود. عایق بودن فریت‌ها از ایجاد جریان گردابی و اتلاف انرژی جلوگیری می‌کنند.Callister,Materials Science and Engineering: An Introduction,820-823
فریت‌های سخت برای ساخت آهنرباهای دائمی به کار می‌روند. در این مواد نیروی وادارندگی زیاد است و پس از مغناطیسی شدن، به راحتی نمی‌توان جهت یا اندازهٔ میدان مغناطیسی آن‌ها را تغییر داد. از این رو برای ساخت آهنربای در یخچال‌ها، بلندگوها و میکروفون ها، جداکننده‌های مواد معدنی و … استفاده می‌شوند. برای ساخت فریت‌های سخت از خانواده‌ای از فریت‌ها موسوم به «هگزافریت‌ها» استفاده می‌شود.
اولین آهنربای فریت توسط دو محقق ژاپنی به نام‌های «یوگورو کاتو» (Yogoro Kato) و «تاکشی تاکِی» (Takeshi Takei) از مؤسسهٔ فناوری توکیو در ۱۹۳۰ ساخته شد. حدود بیست سال بعد در ۱۹۵۰ باریم هگزافریت (formula_4) در آزمایشگاه فیزیک شرکت هلندی فیلیپس کشف شد. این کشف به صورت اتفاقی رخ داد. قرار بود نمونه‌ای از مادهٔ لانتانیم فریت ساخته شود تا در مورد خواص نیم‌رسانایی آن تحقیق شود. در اثر اشتباه یک دستیار آزمایشگاه مادهٔ باریم هگزافریت ساخته شد. وقتی که متوجه شدند این ماده خاصی مغناطیسی دارد و ساختارش را با پراش اشعهٔ ایکس مشخص کردند، آن را به بخش پژوهش‌های مغناطیس فرستادند. از آنجا که این ماده هم ارزان بود و هم وادارندگی بالایی داشت (formula_13۱۷۰)، شرکت فیلیپس در ۱۹۵۲ آن را به تولید انبوه رساند و با نام تجاری «فروکسدور» (Ferroxdure) به بازار عرضه کرد. قیمت پایین و عملکرد مناسب آن باعث توسعهٔ سریع استفاده از آهنرباها در صنایع مختلف شد. همین شرکت در ۱۹۶۰ آهنربای «استرانسیم هگزافریت» (formula_14) را عرضه کرد که توانمندتر از باریم هگزافریت بود. این دو ماده با تکیه بر عملکرد خوب و قیمت پایینشان تا دههٔ ۱۹۸۰ بخش عمدهٔ بازار آهنرباها را در اختیار داشتند. در دههٔ ۱۹۸۰ فریت formula_15 و در ۱۹۹۱ فریت formula_16 ارائه شدند که عملکردی بهتر از فریت‌های قبلی داشتند.
توان آهنربایی فریت‌ها چندان بالا نیست و حداکثر به ۳۰ کیلوژول بر متر مکعب می‌رسد. از این رو ایجاد میدان‌های مغناطیسی قوی به وسیلهٔ فریت‌ها به معنای استفاده از مقادیر زیادی آهنرباست؛ بنابراین در مواردی که حجم یا وزن آهنرباها باید کم باشد، نمی‌توان از آن‌ها استفاده کرد. اما برخی ویژگی‌های خاص آن‌ها باعث شده در مواردی دیگر کاربردهای وسیعی داشته باشند. فریت‌ها ارزان هستند، مواد اولیه‌شان فراوان است و پایداری شیمیایی بالایی دارند. دمای کوری (Curie Point) آن‌ها بالا و در حدود ۴۷۵–۴۲۰ درجهٔ سلسیوس است و علاوه بر آن وادارندگی آن‌ها با افزایش دما نه تنها کم نمی‌شود بلکه افزایش می‌یابد. از همین رو در جاهایی که نیاز به دماهای بالا هست، می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.
از فریت‌ها در ساخت موتورهای الکتریکی کوچک استفاده می‌شود که کاربردهای بسیاری در قطعات خودروها و ابزارهای بدون سیم مانند دریلها و پیچ‌گوشتیهای برقی و شارژی دارند. آهنرباهای بلندگوها و میکروفونها و نیز درِ یخچالها نیز از فریت‌ها هستند.
یک خاصیت مهم فریت‌ها این است که عایق الکتریسیته هستند. این ویژگی برای استفاده از آن‌ها در کاربردهایی مانند هستهٔ ترانسفورماتورها و القاگرها بسیار مفید است. چرا که در جاهایی که میدان‌های مغناطیسی متغیر وجود دارد، تغییر میدان مغناطیسی موجب القای جریان الکتریکی در مواد رسانا و فلزها شده که این به نوبهٔ خود باعث ایجاد گرما و اتلاف انرژی می‌شود. این پدیده را ایجاد «جریان گردابی» (Eddy Current) می‌نامند. به همین دلیل در چنین مواردی نمی‌توان از آهنرباهای فلزی استفاده کرد. اما آهنرباهای فریت به دلیل عایق بودن، جریان گردابی را به شدت کاهش می‌دهند و از اتلاف انرژی به صورت گرما جلوگیری می‌کنند.
تراوایی مغناطیسی فریت‌ها بالاست و به همین دلیل برای ساخت تجهیزاتی مانند آنتنها به کار می‌روند.
برخی از فریت‌ها انرژی امواج مایکروویو را فقط در یک جهت جذب می‌کنند و از این رو برای ساخت موج‌برهای مایکروویو استفاده می‌شوند.
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد فریت‌ها این است که امواج الکترومغناطیسی با طول موج‌های بلند را جذب می‌کنند. در حالی که فلزها آنان را منعکس می‌کنند و مواد عایق آن‌ها را از خود عبور می‌دهند. از این ویژگی برای جذب امواج رادار و پنهان‌کاری هواپیماها استفاده می‌شود. برای این کار هواپیماها را با رنگ‌های خاصی که از فریت‌ها ساخته می‌شوند رنگ‌آمیزی می‌کنند.
پرلیت یا پرلایت دارای ساختار دو فازی ، لایه ای است که از لایه های متناوب فریت و سمنتیت تشکیل شده است که در برخی فولاد ها اتفاق می افتد. هنگام خنک شدن آهسته از آلیاژ آهن و کربن ، پرلیت با یک واکنش یوتکتوئیدی به عنوان آستنیت خنک شده زیر 727 درجه سانتیگراد (1،341 درجه فارنهایت) (درجه حرارت یوتکتوئید) تشکیل می شود.در فاز آستنیت تمام کربن موجود به صورت محلول وجود دارد اما هنگامی که شروع به سرد شدن می شود کربن از حد انحلالیت بیش تر شده و به صورت رسوب سمنتیت خارج می شود،چون که فاز جامد است این رسوبات در نزدیک ترین فاصله ممکن از ساختار خارج می شوند که باعث ایجاد ساختار لایه ای سمنتیت و فریت می شود که پرلیت نامیده می شود. پرلیت یک ریز ساختار است که در بسیاری از نمونه های معمول فولادها رخ می دهد.
ترکیب یوتکتوئیدی آستنیت تقریباً دارای 0.77٪ کربن است. فولاد با محتوای کربن کمتر (فولاد هیپوئکتکتوئید) حاوی نسبت متفاوتی از بلورهای فریت نسبتاً خالص است که در واکنش یوتکتوئیدی شرکت نمی کنند و نمی توانند به پرلیت تبدیل شوند. به همین ترتیب فولادهایی که میزان کربن بالاتری دارند (فولادهای هایپر یوتکتویید) قبل از رسیدن به نقطه یوتکتویید ، سیمنیت تشکیل می دهند. نسبت فریت و سیمانیت تشکیل شده در بالای نقطه یوتکتویید را می توان از نمودار فازی تعادل آهن / سمنتیت با استفاده از قانون اهرم محاسبه کرد.
از آنجایی که دانسیته فریت و سمنتیت بسیار نزدیک به همدیگر هستند (به ترتیب 7.87 و 7.7 گرم بر سانتی متر مکعب) درصد حجمی فریت و سمنتیت در ساختمان پرلیت، تقریبا برابر همان درصد وزنی آن هاست.
فولادهایی پرلیتی (ترکیب یوتکتوییدی) یا ریزساختار نزدیک به پرلیت (ترکیب نزدیک به یوتکتوئید) می توانند به سیمهای نازک کشیده شوند. چنین سیمهایی که اغلب به صورت طناب بسته می شوند ، بصورت تجاری به عنوان سیم پیانو ، طناب برای پل های تعلیق و همچنین برای تقویت تایر استفاده می شوند. کرنش لگاریتمی بالای 3 منجر به استحکام سیمهای پرلیت می شود و پرلیت را به یکی از قوی ترین مواد ساختاری فله روی زمین تبدیل می کند. برخی از سیم های فولادی هایپریوتکتوییدی حتی می توانند حداکثر مقاومت کششی بالاتر از ۶GPa را نشان دهند. اگرچه پرلیت در بسیاری از کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما منشا قدرت فوق العاده آن به خوبی درک نشده است. اخیراً نشان داده شده است كه ترسیم سیم سرد نه تنها با پالایش ساختار لاملا ، پرلیت را تقویت می كند ، بلكه به طور همزمان باعث تجزیه جزئی شیمیایی سیمانیت می شود ، كه با افزایش كربن فاز فریت همراه است ، با ایجاد تغییر در نقص های مشبك در لامل های فریت ، و حتی انتقال ساختاری از بلورین به سیمانیت آمورف. تجزیه ناشی از تغییر شکل و تغییر ریزساختاری سیمنیت با چندین پدیده دیگر مانند توزیع مجدد قوی کربن و سایر عناصر آلیاژ مانند سیلیکون و منگنز در هر دو فاز سیمانی و فریت ارتباط نزدیکی دارد. تغییر شکل در رابط های فاز به دلیل تغییر در شیب غلظت کربن در رابط ها. و آلیاژ مکانیکی.
پرلیت برای اولین بار توسط هنری کلیفتون سوربی مشخص شد و در ابتدا با نام سوربیت نامگذاری شد ، اما شباهت ریزساختار به nacre و خصوصاً اثر نوری ناشی از مقیاس سازه باعث شد نام جایگزین محبوبیت بیشتری پیدا کند.
بینایت ساختاری مشابه با لاملهای بسیار کوچکتر از طول موج نور مرئی است و بنابراین فاقد این ظاهر پرلیتی است. با سرمایش سریعتر تهیه می شود. برخلاف پرلیت ، که شکل گیری آن شامل انتشار همه اتم ها است ، باینیت توسط یک مکانیسم تحول جابجایی رشد می کند.
تبدیل آستنیت به پرلیت در دمای بحرانی پایین تر 723C صورت می گیرد. در این دما آستنیت به پرلیت تغییر می کند.
پرلیت در مجموع دارای دو نوع fine pearlite و coarse pearlite می باشد.در هنگام سرد کردن از آستنیت به پرلیت اگر اختلاف دما محیط با فولاد کم باشد (در واقع سرعت سرد کردن کم باشد)لایه های سمنتیت و فریت فرصت کافی برای جدا شدن از هم دارند که باعث ایجاد لایه های بزرگ تر می شود و coarse pearlite تشکیل می شود.ولی اگر اختلاف دما محیط با فولاد زیاد باشد (در واقع سرعت سرد کردن زیاد باشد)لایه های سمنتیت و فریت فرصت کافی برای جدا شدن از هم را ندارند که باعث ایجاد لایه های کوچک تر می شود و fine pearlite تشکیل می شود.در مجموع fine pearlite از coarse pearlite سخت تر است.
خواص ریزساختار پرلیتی در فلزات آهنی ( فولادها و چدن ها) سبب می شود تا در کاربردهایی که استحکام بالا مورد نیاز است این ریزساختار انتخاب شود. سیم بکسل های نگهدارنده پل ها، سیم های پیانو و ... از جمله کاربردهای این ریزساختار است.
فولاد یوتکتوئید در اصل می تواند کاملاً به پرلیت تبدیل شود. پرلیت می تواند سخت و قوی باشد اما به خصوص سخت نیست. به دلیل داشتن یک شبکه لایه ای فریت و سیمانیت ، می تواند در برابر سایش مقاوم باشد. نمونه هایی از کاربردها شامل ابزارهای برش ، سیمهای با استحکام بالا ، چاقو و میخ است.
آلیاژ (فرانسوی: Alliage) یا هم‌جوشه، مخلوط یا محلول جامد فلزی متشکل از یک فلز اصلی که آن را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی است.alloy - definition of alloy by the Free Online Dictionary, Thesaurus and Encyclopedia به زبان ساده، آلیاژ، مخلوطی از یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است. برای مثال فولاد، آلیاژ آهن با کربن است.
آلیاژ معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، هم‌جوشه می‌تواند تک فاز یا چند فازی باشد. هدف از هم‌جوشه‌سازی، تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی، استحکام، سختی و غیره‌ست. ویژگی‌های فیزیکی هم‌جوشه با نمودار فازی توصیف می‌شود.
معمولاً آلیاژ ها (هم‌جوشه ها) بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، هم‌جوشه را "دوتایی"، "سه‌تایی" و غیره می‌نامند. برای بیان یک هم‌جوشه مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح "سیستم" بکار می‌رود؛ مثلاً، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰٫۰۲ تا ۲٫۱۴ درصد قابل‌تغییر است.
به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها فلز بوده و خواص فیزیکی و شیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی و به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آن‌ها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.
تولید آلیاژها سابقه‌ای طولانی دارد و شاید به زمانی برسد که انسان فلز را شناخت. اولین آلیاژها از فلزاتی ساخته شدند که در دسترس انسان و فراوان بودند. مس، قلع، سرب و روی از اولین فلزاتی بودند که انسان از آن‌ها آلیاژ ساخت.
مفرغ نخستین آلیاژی است که بشر ساخته‌است؛ احتمالاً از ترکیب اتفاقی مس و قلع به صورت مذاب و سرد کردن مخلوط‌شان. این آلیاژ چون سخت‌تر از هردو فلز مس و قلع بود، برای ساختن چاقو و نیزه و مانند آن به کار رفت. پس از آن هم انواع مختلفی از آلیاژها به دست بشر ساخته شد و با توجه به نیاز و ویژگی‌های‌شان مورد استفاده قرار گرفت. یکی از پرکاربردترین آن‌ها، آلیاژ برنج است که ترکیبی است از مس و روی. این آلیاژ به سبب سختی زیاد از دیرباز مورد استفاده بوده‌است.فرهنگنامه کودکان و نوجوانان، شورای کتاب کودک، ج۱، ص۱۷۲.
در برخی از آلیاژها پس از آمیخته شدن عناصر تشکیل دهنده آلیاژ، خواص تمام عناصر تشکیل‌دهنده در آلیاژ تشکیل شده مشاهده می‌شود. درست مانند حل شدن نمک در آب، یکی از عناصر در دیگری فقط حل می‌شود. اما در برخی از آلیاژها، فلزها چنان در هم می‌آمیزند که آرایش ذرات آن‌ها دگرگون شده و یک ترکیب شیمیایی به دست می‌آید. آلیاژها از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند. برخی از این ذرات به هم می‌پیوندند و مجموعه‌هایی پدیدمی‌آورند که به آن‌ها دانه گفته می‌شود. اندازه این دانه‌ها در خواص بعدی آلیاژها بسیار تاثیرگذارند. همچنین اندازه دانه‌ها به عواملی همچون میزان حرارت داده شده به مواد تشکیل‌دهنده و سرعت سرد کردن آن‌ها بستگی دارد؛ در حقیقت هرچه مواد را سریع‌تر سرد کنیم، اندازه دانه‌ها ریزتر می‌شود. به این ترتیب، ریزی و درشتی دانه‌ها، در خواص بعدی آلیاژها تأثیرگذار است و از راه تنظیم میزان حرارت داده شده و سرعت سرد کردن می‌توان خواص مورد نظر را در آلیاژ ایجاد کرد.
بیشتر آلیاژها از فلزات تشکیل‌دهنده‌شان سخت‌ترند. به همین دلیل از شکل‌پذیری کمتری برخوردارند. همین‌طور بیشتر آلیاژها در دمایی کمتر از دمای ذوب فلزات تشکیل‌دهنده ذوب می‌شوند و رسانایی الکتریکی ضعیف‌تری دارند.فرهنگنامه کودکان و نوجوانان، شورای کتاب کودک، ج۱، ص۱۷۱.
آلیاژها را با توجه به فلز پایه‌شان به دو دستهٔ آهنی و غیر آهنی تقسیم می‌کنند. آلیاژهای آهنی، آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آن‌ها آهن است. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به فولاد اشاره کرد. در مقابل، تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آن‌ها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیر آهنی خوانده می‌شود.
فلز پایه در این آلیاژها آهن است. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.
وجود کمتر از ۲ درصد تا ۰٫۰۲ کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود. از فولاد در ساخته‌های زیادی مانند پل‌ها ساختمان‌ها و بناهای عظیم استفاده می‌شود.
وجود بیش از ۲ تا ۶ درصد کربن در آهن، تشکیل چدن می‌دهد.
آلیاژ چدن: Fe+c
فلز پایه در این آلیاژها، فلزی غیر از آهن است. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیر آهنیاستفاده می‌شوند. طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را ۲۴ فرض می‌کنند؛ بنابراین طلای ۱۸ عیار، طلایی است که از ۲۴ قسمت، ۱۸ قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیر آهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت‌اش به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود.
آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است.
عباس هنربخش رئوف، حجت‌الله شهسواری، ابوالفضل زارع «مبانی متالورژی فیزیکی و علم مواد» ، انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، ۱۳۸۵
Alloy physics: a comprehensive reference,olfgang Pfeiler (2007)
آستنیت یا آهن فاز-گاما‌‌ یک دگرشکلی فلزی و غیر-مغناطیسی از آهن یا یک محلول جامد از آهن و یک ماده آلیاژی دیگر است. در فولادهای کربنی آستنیت در بالای نقطه یوتِکتوئید که دارای دمای ۷۲۷.۵ درجه سلسیوس است، یافت می‌شود.
سایر آلیاژهای فولادی دماهای یوتکتوئید متفاوتی دارند. در فولادزنگ‌نزن آلوتروپ آستنیت در دمای اتاق وجود دارد. این دگرشکلی به‌افتخار سر ویلیام کندلر آستن، آستنیت نام‌گذاری شده‌است.
از ۹۱۲ درجه سلسیوس تا ۱۳۹۴ آهن آلفا دچار یک استحاله فازی از ساختار BCC به ساختار کریستالی FCC (آهن گاما) می‌شود که نام دیگرش آستنیت است. این آهن نیز به‌طور مشابه، نرم و شکل‌پذیر است اما قابلیت حل کردن کربن به‌مراتب بیشتری در خود را داراست. (در حد ۲٫۰۳ درصد جرمی در دمای ۱۱۴۶ درجه سلسیوس)
آهن گاما به‌طور گسترده در فولادهای ضدزنگ مورد استفاده صنایع غذایی و بیمارستانی کاربرد دارد.
آستنیتی کردن به معنای حرارت دادن آهن یا آلیاژهای پایه آهن تا رسیدن به دمای تغییر ساختار کریستالی از فریت به آستنیت می‌باشد.
در این دما ساختار کریستالی بازتر آستنیت قابلیت جذب کربن از کربیدآهن در فولاد را دارد.
یک فرایند ناقص آستنیتی کردن باعث می‌شود مقداری کربید حل‌نشده در ساختار رسوب کند.
برای بعضی از آهن‌ها، آلیاژهای پایه آهن و فولادها، کربید ممکن است در مرحله آستنیتی کردن ظاهر شود که به آن آستنیتی کردن دوفازی می‌گویند.
آس‌پخت یا austempering یک فرایند سخت‌سازی است که برای بهبود خواص مکانیکی فلزهای پایه آهن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بدین‌صورت که فلز حرارت داده می‌شود تا به ناحیه سمانتیت در دیاگرام فازی برسد و سپس در یک محفظه نمک یا سایر مواد خنک‌کننده قرار می‌گیرد تا دمایش به ۳۰۰ تا ۳۷۵ برسد.
فلز در این محدوده دمایی باز پخت(annealing) می‌شود تا در نهایت آستنیت تبدیل به بینایت یا آسفریت (فریت بی نایتی+ آستنیت پرکربن) شود.
با تغییر دمای آستنیتی کردن، فرایند آسپخت می‌تواند ریزساختارهای متفاوت و دلخواه را فراهم کند.
اگر فرایند آستنیتی کردن در دمای بالا انجام شود، محصول فرایند یک آستنیت پرکربن خواهد بود. به‌طور مشابه با انجام فرایند در دماهای پایین‌تر شاهد توزیع یکنواختتری از ساختار آسپخت شده خواهیم بود.
همچنین می‌توان درصد کربن در آستنیت را به‌صورت تابعی از زمان فرایند آسپخت به دست آورد.
هنگامی‌که آستنیت سرد می‌شود، کربن از آستنیت به بیرون نفوذ می‌کند و آهن-کربید پرکربن را تشکیل می‌دهد و فریت کم‌کربن برجا می‌ماند.
بسته به ترکیبات آلیاژ، لایه‌های فریت و سمانتیت که پرلیت نامیده می‌شود تشکیل می‌شود.
اگر نرخ سرد کردن بسیار سریع باشد، کربن زمان کافی برای نفوذ نخواهد داشت و آلیاژ دچار یک استحاله شدید در ساختار کریستالی می‌شود که به آن استحاله مارتنزیتی نیز گفته می‌شود که در آن آستنیت تبدیل به مارتنزیت می‌شود که دارای ساختار کریستالی body centered tetragonal (BCT) است.
این فرایند از اهمیت بالایی برخوردار است. ازآنجاکه به دلیل سرعت زیاد سرد کردن، کربن زمان کافی برای نفوذ را ندارد، در نتیجه کربن محصورشده و در دام می‌افتد و مارتنزیت که بسیار سخت است تشکیل می‌شود.
سرعت سرد کردن درصد فریت، مارتنزیت و سمانتیت را معین می‌کند و نتیجتاً خواص مکانیکی فولاد ازجمله سختی و استحکام کششی نیز به‌سرعت سرد کردن بستگی دارند.
سریع سرد کردن قسمت‌های باریک باعث ایجاد یک افت حرارتی ناگهانی در ماده می‌شود.
لایه‌های بیرونی‌تر قسمت عملیات حرارتی شده سریع‌تر سرد شده و بیشتر منقبض می‌گردند، که باعث ایجاد تنش کششی و کرنش حرارتی می‌شود.
در سرد کردن‌های سریع، فولاد دچار استحاله از آستنیت به مارتنزیت می‌شود که بسیار سخت‌تر است و با کرنش‌های به‌مراتب کمتری شاهد جوانه زایی ترک خواهیم بود. تغییر حجم (مارتنزیت چگالی کمتری از آستنیت دارد) نیز که می‌تواند باعث ایجاد تنش شود به همین شکل است.
تفاوت نرخ کرنش در لایه‌های درونی و بیرونی می‌تواند باعث ایجاد ترک در قسمت بیرونی شود، که می‌توان با آهسته سرد کردن مذاب از این پدیده اجتناب کرد.
با افزودن تنگستن به آلیاژ، سرعت نفوذ کربن کند شده و استحاله به BCT در دماهای پایین‌تری رخ می‌دهد و همین‌طور ترک نیز تشکیل نمی‌شود.
اصطلاحاً گفته می‌شود که سختی‌پذیری چنین ماده‌ای افزایش‌یافته‌است.
برگشت دادن (یا تمپر کردن) پس از کوئنچ کردن باعث تبدیل مارتنزیت ترد به مارتنزیت تمپر شده می‌شود.
اگر یک فولاد با سختی‌پذیری کم کوئنچ شود، مقدار قابل‌توجهی آستنیت در ریزساختار حفظ می‌شود که باعث ایجاد تنش درونی و در نتیجه شکست ناگهانی قطعه می‌شود.
حرارت دادن چدن سفید تا بیش از ۷۲۷ درجه سلسیوس باعث تشکیل آستنیت در کریستال‌های سمانتیت اولیه می‌شود.
آستنیتی شدن آهن سفید در مرز فازهای سمانتیت اولیه و فریت اتفاق می‌افتد.
هنگامی‌که دانه‌های آستنیت در سمانتیت ایجاد می‌شود، به‌صورت خوشه‌های لاملار در لایه سطحی کریستال‌های سمانتیت پخش می‌شود.
هنگامی‌که اتم‌های کربن از فاز سمانتیت به فریت نفوذ می‌کنند، آستنیت تشکیل می‌شود.
افزودن عناصر آلیاژی خاصی ازجمله منگنز و نیکل باعث پایدار شدن ساختار آستنیت و آسانسازی عملیات حرارتی بر روی فولادهای آلیاژی می‌شود.
در یک فولاد به‌شدت آستنیتی، مقدار بسیار بیشتری عناصر آلیاژی لازم است تا آستنیت در دمای اتاق پایدار شود. از طرف دیگر، افزودن عناصری مانند سیلیکون، مولیبدن و کروم باعث ناپایدار شدن آستنیت و افزایش دمای یوتکتوئید می‌شود.
آستنیت تنها در دماهای بالاتر از ۹۱۰°C پایدار می‌شود.
بااین‌حال، فلزات دارای‌گذار FCC می‌توانند بر روی ساختار FCC یا ساختار مکعبی الماسی رشد کنند. رشد برآرایی گونهٔ بر روی صفحه (۱۰۰) ساختار مکعبی الماسی به دلیل ساختار کریستالی نزدیک آن به FCC و تقارن صفحه (۱۰۰) ساختار الماسی با FCC است امکان‌پذیر است.
به دلیل بیشتر بودن ضخامت بحرانی یک آهن چندلایه از آهن تک لایه، احتمال رشد بیش از یک تک لایه از آهن گاما وجود دارد.
ضخامت بحرانی به‌دست‌آمده از آزمایش با پیش‌بینی‌های نظری همخوانی کامل دارد.
نقطه کوری، دمایی است که در بالاتر از آن، ماده خاصیت مغناطیسی‌اش ر از دست می‌دهد.
در بسیاری از آلیاژهای مغناطیسی آهن، نقطه کوری، به دمای استحاله آستنیت نزدیک است.
این ویژگی مربوط به خاصیت پارامغناطیسی آستنیت است؛ درحالی‌که مارتنزیت و فریت به‌شدت دارای خاصیت فرو مغناطیسی هستند.
در طول عملیات حرارتی، آهنگران با ایجاد استحاله‌های فازی در سیستم آهن-کربن در پی کنترل کردن خواص مکانیکی مواد هستند. آنان به‌کرات از فرآیندهای آنیل کردن، کوئنچ کردن و تمپر کردن استفاده می‌کنند.
در این زمینه، رنگ نور یا تابش جسم سیاه که از جسم منتشر می‌شود معیار تقریبی‌ای از دما است.
در بسیاری از موارد، دما به‌وسیلهٔ دمای رنگ قطعه سنجیده می‌شود. با تبدیل رنگ قرمز گیلاسی پررنگ به نارنجی(۸۱۵ به ۸۷۱ درجه) که متناظر با دمای تشکیل آستنیت در فولادهای دارای کربن متوسط و زیاد است. در طیف نوری مرئی، با افزایش دما این درخشش بیشتر می‌شود، و هنگامی‌که قطعه به رنگ قرمز گیلاسی است، این درخشش به‌شدت کاهش می‌یابد به‌گونه‌ای که ممکن است در نور محیط قابل‌مشاهده نباشد؛ بنابراین آهنگران معمولاً فرایند آستنیتی کردن فولاد را در محیطی با نور کم انجام می‌دهند تا بتوانند به‌دقت رنگ قطعه را مشاهده کنند.
سِمِنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی به فرمول شیمیایی FeC دارای ۶/۶۷ درصد کربن با ساختار بلوری ارتورومبیک است.
این ماده سخت و شکننده است و به طور معمول به صورت خالص به عنوان سرامیک شناخته می شود.سمنتیت در فولادها و به طور طبیعی در هسته زمین بوجود می اید و نوع خالص آن کاربردهای فراوانی دارد. همچنین پارامترهای بزرگ شبکه ای دارد که سختی آن را توضیح می دهد و بسیاری از خواص آن ناهمسانگرد است.
در سیستم آهن-کربن سمنتیت به این علت که فریت می تواند حداکثر 0.02 درصد وزنی از کربن غیر ترکیبی داشته باشد به راحتی تشکیل می شود. بنابراین ، در فولادهای کربن و ریخته گری که به آرامی خنک می شوند ، بخشی از کربن به شکل سمنتیت است. سمنتیت در مورد چدن سفید به طور مستقیم از مذاب تشکیل می شود. در فولاد کربندار ، سمنتیت در سمایش آهسته از آستنیت که به فریت تبدیل می شود رسوب می کند و در تمپر کردن از مارتنزیت بوجود می آید.
از آنجایی که سمنتیت از لحاظ ترمودینامیکی یک فاز ناپایدار است، در حالت کم کربن به آستنیت و در حالت کربن بالا و در دماهای بالاتر به گرافیت تبدیل می شود. همچنین در دماهای زیر 723 درجه سانتیگراد یعنی دمای یوتکتوئید در نمودار اهن کربن تجزیه نمی شود.
اتم های کربن در ساختار سمنتیت در مکان های بین نشینی قرار گرفته اند. این ماده با نسبت اهن به کربن 3 دارای جای خالی هایی است که با اتم کربن پر شده اند و منجر به تغییرات مشاهده شده در پارامتر شبکه می شوند. وزن مخصوص سمنتیت که در تعادل با فریت است در دمای محیط بیشتر از مقدار محاسبه شده با توجه به پارامترهای شبکه ان است که این امر میتواند ناشی از جای خالی کرقن باشد و منجر به انراحی از حالت استوکیومتری این ماده شود. هرگونه انحراف از ترکیب استوکیومتری در سمنتیت باید اندک باشد زیرا انرژی پیوند بین یک اتم کربن و آهن از انرژی پیوند بین دو اتم آهن بیشتر است. بنابراین ، هرگونه کمبود کربن منجر به کاهش استحکام پیوند می شود.
شکل زیر مرزهای فاز ترمودینامیکی ارزیابی شده بین سمنتیت و فریت یا آستنیت را نشان می دهد. سمنتیت در گذشته به عنوان یک ترکیب خط در محاسبات نمودار فاز به تصویر کشیده می شده است.
این واقعیت که فریت می تواند از سمنتیتی که در درجه حرارتهای بالا به تعادل رسیده رسوب کند ، ثابت می کند که در درجه حرارت کم میزان کربن درون سمنتیت افزایش می یابد.
سمنتیت دارای سلول واحد اورتورمبیک است و وجه اشتراک آنها این است که پارامترهای شبکه را به ترتیب a=0.50837nm و b=0.67475nm و c=0.45165nm است.
در سلول واحد 12 اتم آهن و 4 کربن، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است وجود دارد. چهار اتم آهن در صفحه های آینه ای قرار می گیرند ، در حالی که هشت اتم دیگر در موقعیت های کلی قرار دارند.
در سلول واحد سمنتیت مکان های بین نشینی منشوری ، هشت ضلعی و سه نوع چهاروجهی وجود دارد. اگر فضای درون هر یک از مراکز بین نشینی را تا مرز نزدیکترین اتم آهن مشخص کنیم ، اندازه آن ها 0.71 ، 0.53 ، 0.34 ، 0.26 و 0.28Å خواهد بود.
رفتار سمنتیت در دمای کیوری خود یعنی 480 درجه کلوین از فرومغناطیس به پارامغناطیس تبدیل می شود. رفتار مغناطیسی سمنتیت بر حسب دما در نمودار زیز نشان داده شده است.
سمنتیت هگزاگونال به عنوان پلی مورفی با پایداری متر نسبت به نوع ارتورمبیک آن نیز در مقالات مشاهده شده است. اگرچه در رابطه با ساختار واقعی آن و ترکیب شیمیایی آن همچنان شواهد آزمایشی کمی وجود دارد اما برخی محققان با استفاده از پراش الکترون پارامترهای شبکه آن را a=0.4767nm و c=0.4354nm بیان کرده اند.این ساختار در شکل زیر نشان داده شده است.
فرآیند تشکیل نانولوله های کربنی از هیدروکربن های گازی با ذرات ریز فلزات انتقالی و به خصوص آهن صورت می پذیرد. آهن بالک و یا فیلم های نازک آن به اندازه ذرات ریز آهن در این امر مؤثر نیستند. این امر به این علت است که سطوح صاف الگوهای خوبی را برای رشد نانولوله ها فراهم نمیکنند در نتیجه سایز این ذرات کاتالیزور با قطر نانو لوله های تولید شده دارای ارتباط مستقیم است.
آهن در شرایط مناسب تجزیه هیدروکربن ها را کاتالیز می کند ، اما در مورد اینکه آیا ذرات آهن باعث ایجاد هسته و رشد نانولوله های کربنی چند دیواره یا تک دیواره می شوند یا ذرات سمنتیتی که متعاقباً تشکیل می شوند باعث آن هستند. میکروسکوپ الکترونی عبوری یا SEM شواهد روشنی را برای اولین بار شکل گیری شبکه های گرافیکی روی ذرات سمنتیت ، و به دنبال آن رشد نانولوله های کربنی ارائه داده است. فرآیند رسوب کربن روی ذرات سمنتیت یکنواخت نیست ، بنابراین کربن درون سمنتیت از منطقه غنی از گرافیت به محلی که پوشش داده نشده نفوذ می کند و منجر به تشکیل نانولوله ها میشود.
نوع پیوند کاملاً مشخص نیست ترکیبی از فلزی و یونی است و ترکیبی نا پایدار دارد
لدبوریت به مخلوط یوتکتیکی اوستنیت و سمنتیت گفته می‌شود که از مذابی با ۴/۳ درصد کربن در دمای ۱۱۴۷ درجه سانتیگراد تحت یک واکنش یوتکتیکی حاصل می‌شود.
از آنجایی که اوستنیت در دمای محیط پایدار نیست و بر اساس یک واکنش یوتکتوئیدی به پرلیت تبدیل می‌شود، بنابراین ساختمان لدبوریت در دمای محیط به صورت پرلیت و سمنتیت خواهد بود.
نام این ساختار از کارل هاینریش آدولف لدبور متالورژیست آلمانی گرفته شده‌است.
یک محلول جامد، جامدی است که دارای دو یا چند عنصر بوده و اتم‌های آن‌ها در یک ساختمان بلوری واحد قرار گرفته و تشکیل یک فاز واحد را بدهند که معمولاً در مورد عناصری که در جدول تناوبی به هم نزدیک هستند، امکان تشکیل محلول جامد وجود دارد.
افزودن اتم‌های ناخالصی به یک فلز باعث شکل‌گیری «محلول جامد» می‌شود. در این مبحث ماده ای که مقدار آن از همه بیشتر است به عنوان حلال و ماده ای که غلظت آن کمتر است به عنوان حل شونده خوانده می‌شود. زمانی که اتم‌های حل شونده به ماده میزبان افزوده شود محلول جامد شکل می‌گیرد. در این حالت ساختار کریستالی حفظ شده و ساختار جدیدی شکل نمی‌گیرد. مانند مایعات در محلول‌های جامد نیز اتم‌ها به‌طور یکنواخت در محلول تقسیم می‌شوند.
محلول جامد خانواده ای از مواد را توصیف می‌کند که دارای ترکیبات متفاوتی اند. مثال‌های گوناگونی از محلول جامد در متالورژی و زمین‌شناسی و شیمی جامدات می‌توان یافت. واژهٔ "محلول" برای توصیف ترکیب اجزا در ابعاد اتمی بکار می‌رود و این مواد همگن را از مخلوط‌های فیزیکی متمایز می‌سازد.در حالت کلی اگر دو ماده هم ساختار باشند، در نتیجه محلول جامد در عضوهای انتهایی به وجود می‌آید. مانند سدیم کلرید و پتاسیم کلرید که ساختار کریستالی مکعبی یکسان دارند پس امکان به وجود آمدن ترکیب خالص با هر درصدی از سدیم تا پتاسیم وجود خواهد داشت.
عضوی از این خانواده از محلول‌ها تحت نام "Lo salt " که از ترکیب " Na0.33K0.66)Cl) " تشکیل شده‌است به فروش می‌رسد در حالی که حاوی ۶۶٪ سدیم کمتری از NaCl است. سنگ معدن‌های طبیعی خالص آنها با نام هالیت وسیلویت یافت می‌شود. ترکیب فیزیکی مخلوطی از آنها سیلوینیت نام دارد.
چون مواد معدنی موادی طبیعی هستند، تمایل به تشکیل ترکیبات متنوعی دارند. در بسیاری از حالات نمونه‌ها عضوی برای یک خانواده محلول جامدند و زمین‌شناس‌ها تمایل دارند درمورد ترکیبات یک خانواده از نمونه‌ها بجای یک نمونهٔ خاص صحبت کنند.
"اولیوین" با ترکیب "(Mg, Fe)2SiO4, " که معادل "(MgFe)2SiO4 " است توصیف می‌شود. نسبت منیزیم در آهن بین دو انتها با تکیبات محلول جامد: "فروستریت" Mg2SiO4 و "فاوالیت" Fe2SiO4 است. اما نسبت در اولیوین به‌طور معمول تعریف نشده‌است.
با افزایش پیچیدگی ترکیب‌ها جامعهٔ زمین‌شناسی بسیار ساده‌تر از شیمی قابل کنترل است.
تعریف آیوپاک:
جامدی که اجزای آن با هم هماهنگ هستند و یک فاز خاص را ایجاد می‌کنند.
"نکته ۱": تعریف " کریستالی شامل یک جزء ثانویه که در ساختار کریستال میزبان توزیع شده و جای گرفته‌است" تعریف عمومی ای نمی‌باشد؛ و توصیه نمی‌شود.
"نکته ۲": این عبارت فقط برای توصیف فاز جامدی بکار می‌رود که بیش از دو ماده دارد. برای راحتی یکی از دو یا چند جزء حلال و باقی اجزا حل‌شونده نامیده می‌شوند.
"نکته۳":یک یا چندتا از جزءها می‌توانند درشت مرلکول باشند. برخی از دیگر جزءها می‌توانند به عنوان روانساز عمل کنند. مانند مواد مولکولی توزیع شده که دمای تبدیل شیشه را که در آن فاز آمورف پلیمر بین دو حالت شیشه ای و لاستیکی تبدیل می‌یابد.
"نکته ۴:" در آماده‌سازی داروها از مفهوم محلول جامد اغلب به معنای ترکیب دارو و پلیمر استفاده می‌شود.
در دیاگرام فازی یک محلول جامد توسط یک ناحیه نشان داده می‌شود، که اغلب با نوع ساختار خود نمادگذاری می‌شود، که بازه‌های دمایی و فشاری متفاوتی را شامل می‌شود. به گونه‌ای که اعضای ابتدایی و انتهایی در دریاگرام ساختار مشابهی ندارند. آنها اغلب دو بازهٔ محلول جامد با ساختارهای متفاوت هستند.. گاهی همانند دیاگرام مقابل بازه‌ها می‌توانند همپوشانی داشته باشند. و ماده در این بازه‌ها می‌تواند هر دو ساختار را دارا باشد، یا ممکن است یک فاصلهٔ انحلالی در فازهای جامد به وجود بیاید که نشان می‌دهد تلاش برای تولید مواد در این ناحیه منجر به تشکیل مخیوط‌ها می‌شود. در نواحی‌ای از دیاگرام فازی که توسط یک محلول جامد اشغال نشده‌اند، ممکن است فازهای خطی وجود داشته باشد، اینها ترکیباتی با ساختار کریستالی معلوم و استوکیومتری معین هستند. به گونه‌ای که فاز کریستالی از دو مولکول بدون بار ارگانیک تشکیل شده‌است. فاز خطی به عنوان "هم‌کریستال" یا "cocrystal" شناخته می‌شوند. در متالورژی با آلیاژهایی با یک ترکیب معین به عنوان ترکیبات بین فلزی شناخته می‌شوند. محلول جامد هنگامی به وجود می‌آید که دو عنصر (معمولاً فلزات) درگیر، در جدول تناوبی به هم نزدیک باشند. یک ترکیب بین فلزی غالباً هنگامی به وجود می‌آید که دو فلز درگیر نزدیک یکدیگر در جدول تناوبی قرار نگرفته باشند.
حل شونده ممکن است درون ساختار کریستالی حلال به صورت "جانشینی" حل شود، به اینصورت که یک ذره از حلال در جای خودش را به حل شونده می‌دهد. گاهی وقات حل شونده می‌تواند به صورت "بینشینی" در فضای خالی موجود در ساختار کریستالی حلال قرار گیرد. در هردوحالت خواص ماده با تغییر در شبکهٔ کریستالی آن تحت تأثیر قرار می‌گیرد، و خواص فیزیکی و الکتریکی مادهٔ حلال را تغییر می‌دهد. هنگامی که شعاع اتمی حل‌شونده بزرگتر از حلال باشد، باعث افزایش حجم سلول واحد حلال شده تا بتواند در آن قرار گیرد. این بدان معناست که ترکیب ماده در محلول جامد، می‌تواند از طریق حجم سلول واحد تحت رابطهٔ وگارد محاسبه شود.
برخی ترکیبات به صورت آماده در بازه‌های معین تشکیل محلول جامد داده اما برخی اصلاً با هم محلول جامد نمی‌سازند. تمایل دو ماده برای تشکیل محلول جامد به عوامل پیچیده‌ای که نیازمند دانش شیمی و کریستالوگرافی و خواص کوانتومی مواد است. محلول جامدهایی که با روش "جانشینی" تشکیل می‌شوند از قوانین " Hume-Rothery rules " پیروی می‌کنند. که شامل موارد زیر است:
یک محلول جامد در اثر ترکیب شدن با مواد دیگر می‌تواند یک محلول جدید را ایجاد کند.
دیاگرام فازی شکل ۱ یک آلیاژ متشکل از دو فلز که یک محلول جامد با تمام ترکیب‌های ممکن ایجاد می‌کنند را نشان می‌دهد.
در این حالت فاز خالص هرکدام از عناصر دارای ساختار کریستالی مشابه است، و دارای خواص مشابه دو عنصر برای جانشینی بیطرف در تمام بازه‌های نسبی است.
محلول‌های جامد کاربردهای تبلیغاتی و صنعتی بالایی دارند، به گونه ای که ترکیبات دو فلز خواص برتری نسبت به مواد خالص دارد. بسیاری از آلیاژهای فلزی محلول جامدند. حتی مقدار کمی از محلول می‌تواند خواص الکتریکی و فیزیکی حلال را تغییر دهد.
یون (در فرانسوی: ion) به اتم یا مولکول‌هایی گفته می‌شود که بار الکتریکی اضافه یا کم داشته باشند و این بار می‌تواند منفی یا مثبت باشد.
نابرابری تعداد کل الکترون‌ها با پروتون‌ها، در یک اتم یا مولکول، به آن بار خالص مثبت یا بار خالص منفی الکتریکی می‌دهد. علت تبدیل اتم‌ها یا مولکول‌ها در یون توانایی اتم‌ها به گرفتن الکترون اضافی یا از دست دادن یک یا چند الکترون می‌باشد.
ترکیب‌های یونی شکننده هستند و در اثر ضربه خرد می‌شوند همچنین این مواد در حالت جامد رسانای جریان الکتریکی نیستند اما در بعضی از موارد، حالت ذوب یا محلول ترکیبات یونی می‌توانند رسانای الکتریکی باشد مانند محلول آب و نمک.
با استفاده از روش‌های فیزیکی یا شیمیایی، از طریق یونیزاسیون می‌توان این پدیده را ایجاد کرد. از نگاه فیزیکی، یونی که از یک اتم تشکیل شده باشد یون اتمی یا یون تک اتمی (مونواتمیک) نامیده می‌شود، و اگر آن یون از دو یا چند اتم تشکیل شده باشد، آن را یک یون مولکولی یا یون چنداتمی (پلی‌اتمیک) می‌گویند. از نگاه شیمیایی، اگر یک اتم خنثی، یک یا چند الکترون خود را از دست بدهد، دارای بار خالص مثبت و به عنوان یک کاتیون شناخته می‌شود، و برعکس؛ اگر یک اتم خنثی الکترون بیشتری به دست آورد، دارای بار خالص منفی و به عنوان یک آنیون شناخته می‌شود؛ بنابراین:
به سبب ناهمگونی بار الکتریکی خود، کاتیون‌ها و آنیون‌ها یکدیگر را به آسانی جذب و تشکیل ترکیبات یونی مانند نمک را ممکن می‌سازند: (ویژگی‌های بار الکتریکی در رابطه با نیروی «رانش و ربایش» را ببینید).
در مورد یونیزاسیون فیزیکی یک رسانه (واسطه)، مانند یک گاز، آنچه به عنوان «جفت یون» شناخته شده توسط تأثیر یون ایجاد می‌شود، و هر جفت شامل یک الکترون آزاد و یک یون مثبت است.Knoll, Glenn F (1999). Radiation detection and measurement (3rd ed.). New York: Wiley. .
برای یونیزاسیون باید انرژی برابر با مقدار انرژی بستگی در اتم به بار الکتریکی اول وارد شود تا الکترون خارج گردد.
برای یونیزاسیون باید انرژی به نحوی باعث خارج یا وارد شدن الکترون شود و حالا می‌تواند این با فوتون، جریان‌های الکتریکی، گرما و… باشد.الکتروشیمی مقدماتی نویسنده مرتضی خلخالیتشعشع گاما به دلیل طول موج پایین و انرژی زیاد می‌تواند برای این کار مناسب تر از دیگر تشعشعات باشد.
مواد یونیزه تاکنون به دلیل خواص شگفت انگیزشان کاربردهای فراوانی یافته‌اند. ازجمله:
۱-فضاپیمای یونیفیلم آموزشی Space
۲-رایانه‌های کوانتمیمجله رایانه خیر شماره ۲۴
۳-قرار دادن ستارگان متغیر در نمودار H-R یا هرتروسپرگ-راسلکتاب نجوم اخترفیزیک مقدماتی نوشته زیلیک صفحهٔ ۲۵۱
یونی که طی یک واکنش آبی در محیط وجود دارد ولی در واکنش شرکت نمی‌کند.
حالتی از آمینواسید که در اثر خنثی شدن درونی پدید آید، پروتون گروه COOH- که حالت اسیدی دارد به گروه NH- که حالت بازی دارد منتقل می‌شود و گروه‌های -COO-و +NH- به وجود می‌آیند.
نانومواد به شیوه‌های گوناگونی ساخته می‌شوند و هر یک از روش‌های ساخت براساس رویکرد آنها در تولید نانو مواد، در یکی از دو دستۀ بالا به پایین یا پایین به بالا قرار می‌گیرند.در این مقاله به معرفی هریک از این دو رویکرد ساخت پرداخته شده و برای هر یک مثال‌هایی زده می‌شود که تشخیص روش‌های ساخت بالا به پایین و پایین به بالا را آسان‌تر سازد.
دسته بالا به پایین
روش‌های بالا به پایین شامل استفاده از مواد توده‌ای بزرگتر و ریز کردن آن‌ها با عملیاتی از قبیل شکستن، برش دادن، جدا کردن قطعاتی از آن، می‌شوند و حین این فرایندها، مقدار قابل توجهی از انرژی مکانیکی، یا شیمیایی برای تبدیل مواد به ذرات در محدوده نانو مورد نیاز است. در بسیاری موارد، این روش‌ها می‌توانند برای تولید حجم بسیار بیشتری از نانوذرات مورد استفاده قرار گیرند و اغلب برای تولید انبوه استفاده می‌شوند، اما غالباً در مقایسه با روش‌های پایین به بالا بسیار غیرقابل کنترل هستند.
دسته پایین به بالا
روش‌های پایین به بالاشرایط  به گونه ایی هستند که با تجمع اتم ها در خاص ساختار اتمی را از ابتدا و اتم به اتم تشکیل می دهند.اغلب این روش ها شامل خود ارایی هستند. رشد اغلب به صورت تناوبی شکل میگیرد و در نتیجه به صورت بلوری شکل میگیرند. بسیاری از روش ها از مکانیزم هسته زدایی رشد پیروی می کنند که از تشکیل اولیه یک هسته کوچک ناشی میشود وبقیه ساختار از ان منشا گرفته و رشد می کنند.
چگالش بخار
اين روش جهت توليد نانو ذرات سراميكي فلزي واكسيد فلزي مورد استفاده قرار مي گيرد . اين روش شامل تبخير يك فلز وسپس چگالش سريع آن مي باشد كه طي آن خوشه هاي نانومتري به صورت پودر ته نشين مي شوند . نكته اي كه بايد به آن توجه داشت آنست كه براي تهيه نانو ذرات فلزي جهت جلوگيري از اكسيد اسيون از گازهاي بي اثر و براي تهيه نانو ذرات سراميكي اكسيد فلزي از اكسيژن استفاده مي شود .�
روش سنتز شيميايي با روش محلولي شامل رشد ورسوب نانو ذرات در يك واسطه مايع حاوي انواع واك نشگرها مي باشد و معمولترين نمونه روش سل – ژل مي باشد . براي كنترل شكل نهايي واندازه ذرات مي توان فرآيند را با انتخاب مواد شيميايي تشكيل دهنده ذرات پايدار متوقف نمود .
فرایند های حالت جامد
در اين روش ذرات ميكرومتري ، با اعمال مستقيم انرژي مثل پودر كردن با آسياب كردن به ذ رات كوچكتر تبديل مي شوند . خواص نانو اتمسفر ذرات حاصل از اين روش تحت تأثير ماده آسياب كننده ، زمان ومحيط آسياب قرار مي گيرد . اين روش براي تهيه نانو ذراتي بكار مي رود كه در روش قبل به آساني توليد نمي شوند اما مسأله مهم آلودگي حاصل از مواد آسياب كننده يا محيط گرمايي است .�
کاربرد فرایند های فوق بحرانی در تولید میکرو ونانو ذرات
با توجه به برخي خواص گاز گونه و مايع گونه سيالات فوق بحراني نظير نفوذپذيري و دانسيته (چگالی) امكان كاربرد فرايندهاي سيالات فوق بحراني در توليد مواد مختلف در مقياس ميكرو يا نانو در صنايع مختلف فراهم شده است. از كاربردهاي مهم اينگونه فرايندها مي توان به توليد مواد نانونظير داروها، پروتئينها، بيو پليمرها و همچنين مواد شيميايي در مقياس ميكرو يا نانو اشاره داشت.
�آلیاژسازی مکانیکی�
در این بین فرآیند آلیاژسازی مکانیکی، که یکی از روش‌های تولید مواد پیشرفته می‌باشد، توجه تعداد زیادی از محققین را به خود جلب نموده است. آلیاژسازی مکانیکی یکی از روش‌های فرآوری پودری است که امکان تولید مواد همگن از مخلوط پودری اولیه را فراهم می‌کند.
تغییر شکل پلاستیکی شدید
روش های تغییر شکل پلاستیک شدید، از جمله روش های تولید مواد نانوساختار است که در دو دهه اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این فرآیندها که با توجه به شکل محصول آن دسته بندی می شوند، در اثر اعمال تغییر شکل پلاستیک شدید به فلز، باعث تغییرات ریزساختاری در آن شده و ساختار ماده را تا حد نانومتری تغییر می دهند.
�لایه نشانی تبخیری
�پوشش دهی یکی از مهمترین بخش های مهندسی سطح است که امروزه با پیشرفت صنعت لایه های نازک و پوشش دهی، این فناوری وارد بخش های گوناگون صنعت شده است که می توان به کاربرد آن در ادوات اپتیکی، میکروالکترونیک، معماری و ساختمان اشاره کرد. روش های مختلفی برای ساخت لایه نازک به کار گرفته می شود. یکی از این روشها، لایه نشانی فیزیکی بخار است که در خلا انجام می شود. یکی از روشهای لایه نشانی فیزیکی بخار، تبخیر به کمک باریکه الکترونی است.
انباشت الکترو شیمیایی
در کل انباشت فلز از الکترولیت های آبی نه تنها یک واکنش مهم تخصصی است، بلکه یک مثال هسته زایی اولیه و رشد بر روی جوانه ی اولیه است که در آن مکان های هسته زایی می توانند نقش قاطعی را در روند تشکیل و نظم جسم انباشتی بازی کنند. در این روش از جریان الکتریکی برای کاهش کاتیون های موجود در الکترولیت بمنظور انباشت مواد استفاده می گردد. نمونه ای که باید انباشت بر روی آن انجام گیرد.
موادی که حداقل یکی از ابعاد آن‌ها در مقیاس ۱ تا ۱۰۰ نانومتر باشد، مواد نانویی یا نانومواد خوانده می‌شوند. این مبحث در قالب موضوعات مربوط به نانوفناوری جای می‌گیرد.
نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی، و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می‌شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (۹-^۱۰ متر) می‌باشد. این اندازه ۱۸٬۰۰۰ بار کوچک‌تر از قطر یک تار موی انسان است. به‌طور میانگین ۳ تا ۶ اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می‌سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به‌طور کلی، فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱–۱۰۰ نانومتر می‌باشد.
فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است:
مواد، ابزارها و سیستم‌ها. موادی که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌رود، را نانو مواد می‌گویند. مادهٔ نانو ساختار به هر ماده‌ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر ۱۰۰ نانومتر) باشد گفته می‌شود. این تعریف به وضوح انواع بسیار زیادی از ساختارها، اعم از ساخته دست بشر یا طبیعت را شامل می‌شود.
منظور از یک مادهٔ نانو ساختار، جامدی است که در سراسر بدنه آن انتظام اتمی، کریستال‌های تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در مقیاس چند نانومتری گسترده شده باشند. در حقیقت این مواد متشکل از کریستال‌ها یا دانه‌های نانومتری هستند که هر کدام از آن‌ها ممکن است از لحاظ ساختار اتمی، جهات کریستالوگرافی یا ترکیب شیمیایی با یکدیگر متفاوت باشند.
همه مواد از جمله فلزات، نیمه هادی‌ها، شیشه‌ها، سرامیک‌ها و پلیمرها در ابعاد نانو می‌توانند وجود داشته باشند. همچنین محدوده فناوری نانو می‌تواند به صورت ذرات بی‌شکل(آمورف)، کریستالی، آلی، غیرآلی یا به صورت منفرد، مجتمع، پودر، کلوئیدی، سوسپانسیونی یا امولسیونی باشد
نانومواد با توجه به اندازهٔ ابعادشان در راستای محورهای مختصات به سه گروه تقسیم می‌شوند:
این مواد به گروه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
نانوذرات از مدت‌ها قبل مورد استفاده بوده‌اند. شاید اولین موارد استفاده از آن‌ها در لعاب ظروف سفالی سلسله‌های اولیه چین باشد. نانوذرات در واقع ذراتی با قطر بین 1 تا 100 نانومتر هستند که مهم‌ترین آن‌ها شامل نانوذرات نیمه رسانا، نانوذرات سرامیکی، نانوذرات فلزات و غیره می‌باشد. این ذرات در شکل‌هایی مانند کروی-سوزنی، ورقه ای-شاخه ای، میله‌ای و صفحه‌ای یافت می‌شوند.
الیاف نسبتاً کوتاهی که قطرشان در مقیاس نانومتری است و به گروه‌های بسیار متنوعی تقسیم می‌شوند که به مهم‌ترین آن‌ها، یعنی نانو الیاف کربنی، نانو الیاف پلیمری و نانو الیاف معدنی می‌توان اشاره کرد. نسبت سطح به حجم بالا و مقاومت زیاد در مقابل سایش از جمله خواص نانو الیاف است. از نانو الیاف‌ها برای تولید لباس‌های محافظ، تولید آینه‌های قابل استفاده در فضا، فیلتر هوا و ... استفاده می‌شود.
نانوکپسول‌ها به نانوذره‌ای گفته می‌شود که دارای یک پوسته و یک فضای خالی جهت قرار دادن مواد مورد نظر در داخل آن باشد. نانو کپسول‌های پلیمری و نانوامولسیون‌ها از این جمله هستند.
نانولوله‌ها به موادی گفته می‌شود که قطر آن‌ها تا حدود 100 نانومتر است. لغت نانولوله در حالت کلی در مورد نانولوله‌های کربنی به کار می‌رود. البته شکل‌های دیگری از نانولوله‌ها همچون نانولوله‌های بورنیترید نیز ساخته شده‌اند.
نانوسیم ها یک ساختار دو بعدی می باشند و به دلیل این که در این ابعاد، آثار کوانتومی دارای اهمیت می باشند، سیم‌های کوانتومی نیز نامیده می‌شوند و انواع نانوسیم‌های فلزی، نانوسیم‌های آلی، نانوسیم‌های پلیمری و نیمه هادی را در برمی‌گیرند.
روکش‌ها، لایه‌هایی هستند که روی ماده‌ای دیگر نشانده می‌شوند و ضخامتی کمتر از ماده دوم دارند. روکش‌ها کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف از خودروسازی گرفته تا صنایع لوازم خانگی دارند. دلیل استفاده از این روکش محافظت یا تزئین محصولاتی چون شیشه‌ها، فلزات، پلاستیک‌ها، عینک‌های آفتابی، لوازم ورزشی، مبلمان، وسایل آشپزی، وسایل پزشکی، الکترونیک، خودروها و ... است.
از این روکش‌ها برای محافظت از سطوح در برابر آسیب‌هایی مانند باران، برف، اشعه ی ماورای بنفش، نور آفتاب و رطوبت استفاده می‌شود.
نانوروکش‌ها در واقع لایه‌های نانومتری و روکش‌های نانوساختار هستند. نانوروکش‌ها دارای کاربردهای فراوانی هستند. فناوری نانو از خش برداشتن، تکه تکه شدن و خورده شدن روکش‌ها جلوگیری می‌کند. از جملهٔ نانوروکش‌ها می‌توان به روکش‌های ضد انعکاس در مصارف خودروسازی و روکش‌های محافظ (ضدخش، غیرقابل رنگ‌آمیزی و قابل شستشوی آسان) و روکش‌های زینتی اشاره کرد.
زئولیت ماده‌ای است که به عنوان کاتالیزگر استفاده می‌شود. ویژگی قابل توجه زئولیت‌ها حفره‌های بسیار ریز یا نانومتری موجود در آن هاست. نسبت سطح به حجم زیاد این ساختار نانو متخلخل سبب شده‌است از آن به عنوان کاتالیزگر استفاده شود. همچنین، تخلخل‌های موجود در این مواد برای رشد دادن نانو مواد یک بعدی (نانوسیم‌ها و نانولوله ها) مناسب است. مواد نانو حفره‌ای به‌طور گسترده در سیستم‌های زیستی موجود است. برای مثال بعضی از غشاهای نانوحفره ای موجود در طبیعت مانند دیوارهٔ سلول‌ها، قابلیت عبور دادن انتخابی مواد از خود را دارند. این مواد کاربردهای مختلف و فراوانی دارند. از این مواد برای ارسال داروها به قسمت‌های مورد نظر در بدن استفاده می‌شود.
کوچک شدن اندازه ذرات در حد نانومتر سبب تغییراتی در خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها می‌شود. مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:افزایش نسبت سطح به حجم(surface area)و ورود اندازه ذره به قلمرو آثار کوانتمی.
موارد زیر از کاربردهای نانو مواد هستند:http://www.aftabir.com/articles/view/science_education/technology/c3c1277800911_nanotechnology_p1.php/کاربردهای-فناوری-نانو-نانو-تکنولوژی-در-صنایع
دی اکسید تیتانیم و اکسید روی در اندازه‌های نانو در صفحات خورشیدی برای جذب و یا انکسار پرتوهای ماورای بنفش که شفافیت لازم را برای عبور نور قابل رویت دارند، کاربرد بسیاری پیدا کرده‌است.
یکی از موارد مهم کاربرد نانوتکنولوژی ساخت ترکیبات پیچیده از چند ماده مختلف است. برای مثال با استفاده از لوله، سیم و ذرات نانو محصولات چند منظوره‌ای تولید می‌شود که هم دارای خواص هر یک از عناصر تشکیل دهنده است و هم ساختار جدیدی با کاربردهای پیشرفته دارد. این مواد در علوم پزشکی، در وسایل بصری، الکترونیک و مغناطیسی به کار می‌روند. همچنین کربن سیاه که اندازه آن به چند ده نانو می‌رسد برای تقویت لاستیک وسایط نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از یک نوع خاک رس در ابعاد نانو نیز برای ساختن سپرهای مقاوم وسایط نقلیه استفاده می‌شود.
استفاده از پوشش‌هایی در اندازه نانو و یا چند اتم، امکانات ویژه‌ای را به وجود آورده‌است. به تازگی شیشه‌هایی ساخته شده که با دی‌اکسید تیتانیم بسیار فعال پوشش داده شده‌است. این شیشه‌ها ضد باکتری، دفع‌کننده آب و از بین برنده مواد شیمیایی بوده و به‌طور خودکار خود را تمیز می‌کنند. کاربرد دیگر مواد نانو ساختن پوشش‌های بسیار مقاوم در مقابل خش، به صورت یک یا چند لایه بر روی لایه اصلی است. گروه بی‌شماری پارچه‌های قابل تنفس، ضد آب و لکه با کنترل منافذ و ناهمواری‌های سطح آن در حد اندازه‌های نانو از مواد پلیمری و غیرآلی ساخته شده‌اند.
ابزار ساخته شده از کریستال‌های تنگستن، تانتانیم و تیتانیم در اندازه‌های نانو، منجر به ساخت ابزار برش بسیار سخت تر در مقایسه با همان ماده در اندازه ذرات بزرگ تر شده‌است. کاربرد این ابزار در سوراخ کاری، برش فلزات در ماشین تراش، قالب سازی، سنگ بری و نظایر آن بسیار وسیع است.
کاربردهای فناوری نانو در میان مدت شامل موارد زیر می‌شود:
استفاده از رنگ‌ها در اندازه نانو می‌تواند قابلیت‌ها و توانایی‌های بسیار خوبی را به رنگ بدهد. برای مثال ساختن رنگ‌های سبک می‌تواند وزن هواپیماها را کاهش داده و باعث صرفه جویی در سوخت آن‌ها شود. کاهش حلال‌ها مورد دیگری است که از آلودگی محیط زیست جلوگیری می‌کند. محلول‌های ضد باکتری موارد استفاده بسیاری در تأسیسات تصفیه آب دارد و دیگر نیازی به استفاده از ضد باکتری مانند کلر نخواهد بود. نانو تکنولوژی در مبدل‌های حرارتی با جذب امواج قرمز باعث صرفه جویی در انرژی شده و با تغییرات دما و یا محیط شیمیایی اطراف آن، موجب تغییر رنگ می‌شود. عمده‌ترین هدف از اجرای این پژوهش‌ها در مورد رنگ‌ها اهداف زیست‌محیطی است.
مطالعه و بررسی بر روی تأثیرگذاری مواد نانو بر مواد آلوده‌کننده خاک و آب‌های زیرزمینی و خنثی کردن تأثیرات مخرب آنها، نمونه‌ای از پژوهش‌های میان مدت است. هم چنین تلاش برای ساخت موادی که سرب و جیوه موجود در محیط زیست را به صورت غیرفعال در آورد، ادامه دارد. اگر این تحقیقات به صورت کامل انجام شود، می‌توان از آلودگی سرب هوا که از سوخت ماشین‌های درون سوز به وجود می‌آید جلوگیری کرد.
سطح سلولی سوخت‌ها از نظر مهندسی تأثیر مستقیمی بر عملکرد درونی آن دارد. استفاده از هیدروژن به عنوان یک سوخت میانی ممکن است با تغییرات بنیادی هیدروکربورها در کاتالیست‌های یک رآکتور به دست آید. استفاده از علوم نانو برای شدت بخشیدن به عملکرد کاتالیزورها می‌تواند به بازدهی بیشتر و تولید سوخت‌هایی با ذرات کوچک‌تر کمک کند. این عامل می‌تواند در افزایش تولید انرژی برق مؤثر باشد و در نتیجه برای تولید هیدروژن به جای استفاده از هیدروکربورها از مواد فراوان تر و سازگارتر با محیط زیست استفاده کرد. امروزه هیدروژن به عنوان جانشین سوخت هیدروکربورها در جهان بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است.
درخواست بسیاری برای تولید نمایشگرهای بزرگ، شفاف و تخت در تلویزیون، کامپیوتر و نظایر آن وجود دارد. نانو کریستال‌های سلنیوم روی، سولفات روی و سولفور کادمیم با روش ژل به صورت تنها (تبدیل ژل مایع به جامد) از موادی است که برای ساخت نور متصاعد از فسفر مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین استفاده از CNTs نیز در ساخت این وسایل با درخشش فوق العاده و مصرف انرژی و تشعشعات زیانبار کمتر و طول عمر بیشتر، نسل آینده نمایشگرهای پیشرفته را بوجود خواهد آورد.
توسعه وسایل الکترونیکی قابل حمل مانند تلفن‌های همراه، دستگاه‌های ناوبری، کامپیوترهای کوچک و قابل حمل، سنسورهای کنترل از راه دور و نظایر آنها، نیاز به داشتن باتری‌های سبک تر با انرژی و دوام بیشتر را دو چندان ساخته است. مواد کریستالی نانو با استفاده از روش کاربرد ژل‌ها در صفحات جداکننده باتری‌ها می‌تواند انرژی بیشتری در مقایسه با باتری‌های متداول امروزی ذخیره کند. باتری‌های ساخته شده از نانو کریستال‌های نیکل نیاز به شارژ مجدد را کاهش و ذخیره انرژی در باتری‌ها را در حد قابل توجهی افزایش داده است.
هم اکنون تحقیقات برای افزودن ذرات نانوی اکسید سدیم به سوخت‌های دیزل در دست اقدام است که باعث بالا رفتن بازدهی، صرفه جویی اقتصادی و کاهش میزان مصرف آن‌ها در بلند مدت خواهد شد.
کاربردهای بلند مدت فناوری نانو شامل موارد زیر می‌باشد:
ساخت ابزارهای مغناطیسی از نانوکریستال‌های یوتریوم، ساماریوم و کبالت خواص بسیار منحصر بفردی را با توجه به کوچک بودن ذرات کریستال‌ها به وجود می‌آورد. این مواد در ساخت موتورها، ماشین‌های تحلیلی مانند MRI و همچنین در علوم پزشکی کاربرد وسیعی دارند. میکروپروسس‌ها، حافظه‌های کامپیوتر، دیسک‌های سخت، با استفاده از فناوری نانو می‌تواند اطلاعات بسیار زیادی را در خود جای دهند.
به‌طور معمول اعضا قابل کاشت در بدن، مانند دریچه‌های قلب، ساخت اندام‌های مورد نیاز در ترمیم‌های ارتوپدی ساخته شده از تیتانیوم و فولادهای ضد زنگ با سایر اعضای بدن سازگاری دارند ولی متأسفانه ممکن است در طول عمر بیماران دچار خوردگی شده و کارآیی خود را از دست بدهند. استفاده از نانو کریستال‌های اکسید زیرکانیوم، به عنوان یک عنصر بسیار سخت، غیرخورنده و مقاوم در مقابل واکنش‌های بدن و سازگاری با آن جایگزین بسیار خوبی برای روش‌های متداول است. نانو کریستال‌های «سیلیکون کربید» به علت وزن کم، مقاومت بسیار عالی و سازگاری با اعضای بدن برای ساخت دریچه‌های مصنوعی قلب در آینده به کار خواهد رفت. ساخت رباط‌هایی با کاربردهای بسیار متفاوت در بدن در اندازه‌های کوچک بخش مهمی از کاربردهای وسیع این‌گونه مواد را شامل می‌شود.
سرامیک‌ها بسیار سخت، شکننده و غیرقابل ماشین کاری بوده و کوچک شدن ذرات آن‌ها در حد نانو کریستال‌ها باعث شکنندگی بیشتر آن می‌شوند. امروزه نانوکریستال‌های نیترات و یا «کربید سیلیکون» در ساخت قطعات ماشین آلات مختلف مانند فنرهای بسیار مقاوم، بلبرینگ‌ها، سوپاپ‌های موتور، اجزای کوره‌ها و نظایر آن به علت آنکه به آسانی قابل ساخت بوده و مقاوم در مقابل حرارت و واکنش‌های شیمیایی مقاوم هستند کاربرد وسیعی دارند. درصورتی که این مواد توسط پرس فشرده شوند، مقاومت حرارتی بسیار زیادی را در مقایسه با سایر سرامیک‌ها به دست می‌آورند.
فناوری نانو باعث صرفه جویی در مصرف انرژی برای تصفیه آب در سیستم‌های تقطیر می‌شود. همچنین این فناوری منجر به بالا بردن تکنولوژی مورد استفاده کنونی خواهد شد.