పదార్థ విజ్ఞానం

చరిత్ర 
 ప్రాథమిక అంశాలు 
 నిర్మాణం (Structure) 
పదార్థ విజ్ఞానంలో నిర్మాణం అనేది చాలా ముఖ్యమైన భాగం. పదార్థం వివిధ స్థాయిలలో ఎలా నిర్మించబడిందో ఇది చెబుతుంది. శాస్త్రవేత్తలు దీనిని చూడటానికి characterization (లక్ష్యీకరణ) పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు. వారు లోపల ఉన్న భాగాలను చూడటానికి X-rays (ఎక్స్-రేలు), electron microscopes (ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్‌లు), spectroscopy (స్పెక్ట్రోస్కోపీ) ఉపయోగిస్తారు.
 అణు నిర్మాణం (Atomic structure) 
ఈ స్థాయిలో atoms (అణువుల) గురించి అధ్యయనం చేస్తారు. అణువులు ప్రతి వస్తువుకు పునాది వంటివి. అవి ఒకదానితో ఒకటి కలిసే విధానం అణువులను (molecules), స్ఫటికాలను (crystals) తయారు చేస్తుంది. ఒక పదార్థం ద్వారా electricity (విద్యుత్) ప్రవహిస్తుందా లేదా అది అయస్కాంతంలా పనిచేస్తుందా అనేది ఈ స్థాయిని బట్టి తెలుస్తుంది. వీటి పరిమాణాన్ని ఆంగ్‌స్ట్రామ్స్ ($1 \text{ \AA} = 10^{-10} \text{ meters}$) లో కొలుస్తారు.==== నానో నిర్మాణం (Nanostructure) ====thumb|left|upright=0.7|Buckminsterfullerene అనేది చాలా చిన్న కార్బన్ నిర్మాణం.Nanomaterials (నానో మెటీరియల్స్) అంటే చాలా చిన్న భాగాలు కలిగిన పదార్థాలు. ఈ భాగాలు 1 నుండి 100 నానోమీటర్ల ($1 \text{ nm} = 10^{-9} \text{ meters}$) పరిమాణంలో ఉంటాయి. ఇవి చాలా చిన్నవిగా ఉండటం వల్ల వింతగా, ఉపయోగకరంగా ప్రవర్తిస్తాయి. కొన్ని ప్రత్యేకమైన రంగులను కలిగి ఉంటాయి లేదా చాలా బలంగా ఉంటాయి.
 సూక్ష్మ నిర్మాణం (Microstructure) 
ఇది మైక్రోస్కోప్‌తో మనం చూడగలిగే నిర్మాణం. ఇది 100 నానోమీటర్ల నుండి కొన్ని సెంటీమీటర్ల వరకు ఉన్న వస్తువులను చూపిస్తుంది. ఇది లోహంలో ఉన్న "గ్రెయిన్స్" లేదా చిన్న స్ఫటికాలను చూపుతుంది. ఒక లోహం గట్టిగా ఉంటుందా లేదా త్వరగా విరిగిపోతుందా అనేది ఈ సూక్ష్మ నిర్మాణం చెబుతుంది.
 స్థూల నిర్మాణం (Macrostructure) 
ఇది మనం కంటితో చూడగలిగే నిర్మాణం. ఇది మిల్లీమీటర్ల నుండి మీటర్ల స్థాయిలో ఉండే పదార్థం.
 లక్షణాలు
పదార్థాలకు రకరకాల లక్షణాలు ఉంటాయి. ఇంజనీర్లు ఒక పని కోసం సరైన పదార్థాన్ని ఎంచుకోవడానికి ఇవి సహాయపడతాయి:Mechanical (యాంత్రిక): అది ఎంత బలంగా ఉంది.Chemical (రసాయన): ఇతర వస్తువులతో కలిసినప్పుడు అది ఎలా స్పందిస్తుంది (తుప్పు పట్టడం వంటివి).Electrical (విద్యుత్): అది కరెంటును ప్రవహింపజేయగలదా.Thermal (ఉష్ణ): వేడిగా ఉన్నప్పుడు అది ఎలా ఉంటుంది.Optical (దృశ్య): అది ఎలా కనిపిస్తుంది లేదా కాంతిని ఎలా పరావర్తనం చేస్తుంది.
 పరిశోధనా రంగాలు 
పదార్థ విజ్ఞానం ఎప్పుడూ మారుతూనే ఉంటుంది. చాలా మంది శాస్త్రవేత్తలు కొత్త ఆలోచనలపై పనిచేస్తున్నారు.

 బయో మెటీరియల్స్ 

 ఎలక్ట్రానిక్, అయస్కాంత పదార్థాలు 
ఈ రంగం semiconductors (అర్ధవాహకాల) గురించి వివరిస్తుంది. ఇవి విద్యుత్తును పూర్తిగా ప్రవహింపజేయవు అలాగని పూర్తిగా ఆపవు. వీటిని కంప్యూటర్లు, ఫోన్ల కోసం చిప్స్ తయారు చేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. శాస్త్రవేత్తలు superconductivity (సూపర్ కండక్టివిటీ) గురించి కూడా అధ్యయనం చేస్తారు. దీనిలో విద్యుత్ ఎలాంటి అడ్డంకి లేకుండా ప్రవహిస్తుంది.
 కంప్యూటేషనల్ మెటీరియల్స్ సైన్స్ 
ఈ రోజుల్లో కంప్యూటర్లు చాలా వేగంగా పనిచేస్తున్నాయి. అణువులు ఎలా కదులుతాయో తెలుసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలు కంప్యూటర్లను ఉపయోగిస్తారు. ప్రయోగశాలలో సమయం వృథా చేయకుండా కొత్త పదార్థాలను రూపొందించడానికి ఇది సహాయపడుతుంది. పదార్థాలు ఒత్తిడిలో ఎలా పనిచేస్తాయో చూడటానికి వారు molecular dynamics (మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్) వంటి పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు.
 పరిశ్రమల్లో ఉపయోగాలు 
మంచి ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి పరిశ్రమలు పదార్థ విజ్ఞానాన్ని ఉపయోగిస్తాయి.{| class="wikitable"|+ పరిశ్రమలో సాధారణంగా వాడే పదార్థాలు! పదార్థం రకం !! ఉపయోగాలు/లాభాలు !! లోపాలు !! ఉదాహరణ|-| లోహాలు (Metals) || బలంగా ఉంపోతాయి || గాజు సీసాలు|-| పాలిమర్లు టాయి, వేడిని బాగా పంపిస్తాయి || బరువుగా ఉంటాయి, తుప్పు పడతాయి || అల్యూమినియం డబ్బాలు|-| సిరామిక్స్ (Ceramics) || వేడిని తట్టుకుంటాయి, చాలా గట్టిగా ఉంటాయి || త్వరగా విరిగి(Polymers) || తేలికగా, చౌకగా, వంగే గుణం కలిగి ఉంటాయి || అంత బలంగా ఉండవు, త్వరగా కరుగుతాయి || ప్లాస్టిక్ డబ్బాలు|}

 సిరామిక్స్ - గ్లాస్ 

 పాలిమర్లు (ప్లాస్టిక్స్) 
Polymers (పాలిమర్‌లు) అనేవి అణువుల యొక్క పొడవైన గొలుసులు. చాలా మంది వీటిని ప్లాస్టిక్స్ అని పిలుస్తారు. సంచుల కోసం వాడేవి సాధారణ ప్లాస్టిక్స్. కార్లలో బలంగా ఉండే భాగాల కోసం వాడేవి ఇంజనీరింగ్ ప్లాస్టిక్స్. Polyvinyl chloride (PVC) అనేది పైపులు మరియు వైర్ల కోసం వాడే ఒక సాధారణ పాలిమర్.
 మిశ్రమ లోహాలు (Metal Alloys) 
alloy (మిశ్రమ లోహం) అంటే ఒక లోహాన్ని మరొక దానితో కలపడం. Steel (ఉక్కు) అనేది అత్యంత సాధారణ మిశ్రమ లోహం. ఇది ఇనుము మరియు తక్కువ పరిమాణంలో కార్బన్ కలిపిన పదార్థం. దీనికి క్రోమియం కలిపితే అది stainless steel (స్టెయిన్లెస్ స్టీల్) అవుతుంది, దీనికి తుప్పు పట్టదు. విమానాల్లో అల్యూమినియం మిశ్రమ లోహాలను ఉపయోగిస్తారు ఎందుకంటే అవి బలంగా ఉన్నా బరువు తక్కువగా ఉంటాయి.
 కొత్త సాంకేతికతలు 
శాస్త్రవేత్తలు ప్రపంచాన్ని మార్చగల భవిష్యత్తు పదార్థాలపై పనిచేస్తున్నారు.{| class="wikitable sortable"! సాంకేతికత !! ప్రస్తుత స్థితి !! ఉపయోగం|-| Aerogel (ఏరోజెల్) || ప్రారంభ దశ || ఇళ్లు, అంతరిక్ష నౌకల కోసం ఉత్తమ ఇన్సులేషన్|-| Graphene (గ్రాఫిన్) || పరిశోధన || అతి వేగవంతమైన కంప్యూటర్లు, మెరుగైన బ్యాటరీలు|-| Carbon nanotubes (కార్బన్ నానోట్యూబ్స్) || పరిశోధన || అంతరిక్ష ఎలివేటర్ (space elevator) కోసం బలమైన కేబుల్స్|-| Metamaterials (మెటా మెటీరియల్స్) || ప్రయోగాలు || మనుషులను కనిపించకుండా చేసే "ఇన్విజిబిలిటీ క్లోక్స్"|-| Self-healing materials (సెల్ఫ్ హీలింగ్) || నమూనా దశ || తమకు తామే మరమ్మత్తు చేసుకునే విమానాలు, కార్లు|}
 సంబంధిత రంగాలు 
పదార్థ విజ్ఞానం ఈ క్రింది రంగాలతో కలిసి పనిచేస్తుంది:Chemistry (రసాయన శాస్త్రం): అణువులు ఎలా కలుస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి.Physics (భౌతిక శాస్త్రం): శక్తి మరియు పదార్థం ఎలా పనిచేస్తాయో చూడటానికి.Nanotechnology (నానో టెక్నాలజీ): చాలా చిన్న స్థాయిలో వస్తువులను నిర్మించడానికి.Mechanical engineering (మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్): యంత్రాలు, భవనాలు నిర్మించడానికి.
 ఇవి కూడా చూడండి 
 స్పటిక శాస్త్రం
 మూలాలు 

 గ్రంథ పట్టిక 

 బాహ్య లింకులు 
MIT ఓపెన్ కోర్సువేర్ - మెటీరియల్స్ సైన్స్