Цврста состојба на материјата

Цврста состојба — една од четирите фундаментални состојби на материјата (другите се течност, гас, и плазма). Таа се одликува со структурни цврстина и отпорност на промена на формата или волумен. За разлика од течноста, цврст објект не тече за да го исполни обликот на својот сад, ниту пак се шири за да го пополни целиот обем на располагање на него како што прави гасот. Атомите кај цврстите материи се цврсто сврзани едни со други, исто така и тие се и во редовни геометриски решетки (кристални материи, кои вклучуваатметали и обичните мраз) или нередовно (аморфни цврсти материи како што е прозорското стакло).
Гранката на физиката која се занимава со цврстите материи се нарекува физика на цврстата состојба, и таа е главна гранка на кондензираната материја во физиката (која исто така вклучува и течности). Науката за цврстата состојба првенствено се занимава со физички и хемиски својства на цврстите материи. Хемијата за цврстата состојба посебно се занимава со синтеза на нови материјали, како и науката за идентификација и хемиски состав.
1 Микроскопски опис
Атоми, молекули или јони кои сочинуваат цврсти материи може да се организираат на уредна повторувачка шема, или нередовно. Материјали чии состојки се наредени во редовна шема се познати како кристали.Во некои случаи, редовната шема може да продолжи непрекинато во текот на еден голем обем, на примердијаманти, каде секој дијамант е еден кристал. Цврсти предмети кои се доволно големи за да се видат и да се справат, ретко се составени од еден кристал, но наместо тоа, се направени од голем број на кристали, познати како кристалиди, чија големина може да варира од неколку нанометри до неколку метри. Таквите материјали се нарекуваат поликристални. Речиси сите метали, како и керамиките, се поликристални.
Во други материјали, не постои долг дострел цел на позицијата на атомите. Овие материи се познати како аморфни тела; примери се стиропор и стакло.
Дали цврстата материја е кристална или аморфна зависи од материјалите кои се вклучени, и условите во кои била формирана. Материите кои се формираат со бавно ладење ќе имаат тенденција да бидат кристални, додека материите кои се замрзнати брзо, се со поголема веројатност да бидат аморфни. Исто така, одредена кристална структура донесува до кристална цврста и тоа зависи од материјалите кои се вклучени и тоа како била формирана.
Додека голем број на заеднички предмети, како што се на коцка мраз или паричка, се хемиски идентични во текот, и многу други заеднички материјали се состојат од голем број на различни материи спакувани заедно. На пример, еден типичен камен е агрегат на неколку специфични минерали и минералоиди, без специфичен хемиски состав. Дрвото е природен органски материјал, се состои првенствено од целулозни влакна вградени во матрица на органски лигнин. Во материјалната наука, композити на повеќе од еден составен материјал, може да бидат дизајнирани да се саканите својства.
2 Класи на цврсти материи
Силите меѓу атомите во цврста агрегатна состојба може да имаат различни форми. На пример, кристал на натриум хлорид (заедничка сол) е направен од јонски натриум и хлор, кои се одржуваат заедно со јонски обврзници. Во дијамант или силициум, атомите споделуваат електрони и формираат ковалентни врски. Во металите, електроните се делат во метални врски. Некои тела, особено повеќето органски соединенија, се одржуваат заедно со ван дер Валсови сили кои произлегуваат од поларизацијата на облак електронски задолжен за секоја молекула. Сличностите помеѓу видовите на цврстите агрегатни состојби е резултат од разликите меѓу нивните врски
2.1 Метали
Метали, кои вообичаено се цврсти, густи и добри спроводници на електрична енерија и топлина.
Најголемиот дел од елементите во периодичен систем, оние од лево на дијагонална линија од бор до полониум, се метали.
Мешаници на два или повеќе елементи во кој главна состојка е метал, се познати како легури.
Луѓето користат метали за различни цели уште од праисторијата. Цврстината и безбедноста на металите доведе до широка примена на овој вид материјали во изградбата на згради и други објекти, како и кај возилата, апаратите и алатките, цевки, сообраќајни знаци и железничките пруги. Железото и алуминиумот се двата најчесто користени структурни метали, и тие, исто така, се најзастапени материјали во Земјината кора. Железото најчесто се користи како челик, кој содржи до 2.1% јаглерод, што го прави потежок од чистото железо.
Бидејќи металите се добри спроводници на електрицитет, тие се вредни кај електрични апарати и за спроведување на електрична струја во текот на долги растојанија со малку енергетска загуба или дисипација. Така, електрична енергија, мрежи се потпираат на метални кабли за дистрибуција на електрична енергија. Домашни електрични системи, на пример, се жичени со бакар за добро спроведување својства и лесна обработливост. На висок коефициент на топлинска спроводливост на повеќето метали, исто така, ги прави корисни за stovetop прибор за готвење.
Студијата за метални елементи и нивните легури сочинува значаен дел од областа на црвстата хемија, физика, материјалната наука и инженерство
Металик, цврсти материи се одржуваат заедно со висока густина на заедничка, делокализирани електрони, познат како "метално сврзување". Во метална, атомите лесно е да ги загубат своите најоддалечени ( „валентни“) електрони, формирајќи позитивни јони. Слободните електрони се шират во текот на целата цврста состојба, која ќе се одржи заедно цврсто со електростатички интеракции помеѓу јони и електронски облак.. Големиот број на слободни електрони даваат метали со нивните високи вредности на електрична и топлинска спроводливост. Слободните електрони, исто така, може да го спречат преносот на видливата светлина, што ги прават металите нетранспарентни и сјајни.
Кај повеќе напредни модели на метални својства разгледан е ефектот на позитивни јонски јадра на делокализиран електрон. Како што повеќето метали имаат кристална структура, овие јони се обично организирани во периодични решетки. Математички, потенцијалот на јонски јадра може да се третира од страна на разни модели, наједноставниот е скоро слободен електронски модел.
2.2 Минерали
Минералите се природни материи формирани преку различни геолошки процеси под висок притисок. Да се класифицираат како вистински минерали, супстанцијата мора да има кристална структура со физички својства. Минералите се движат во состав од елементи и едноставни соли до многу сложени силикати со илјадници познати форми. Во спротивно на тоа, камен е примерок, случаен збир на минерали и / или минералоиди, и нема специфичен хемиски состав. Огромното мнозинство на карпите од Земјината кора се состои од кварц (кристален SiO2), момирок, лискун, хлорит, хлорид, каолин, калцит, епидотит, олвин, аугит, хорнбленд, магнетит, хематит, лимонит и неколку други минерали. Некои минерали, како кварц, лискун или момирок асе чести, додека други биле пронајдени во само неколку локации низ светот. Најголемата група на минерали од далеку е од силикати (повеќето карпи се ≥95% силикати), кои се составени главно од силициум и кислород, со додавање на јони од алуминиум, магнезиум, жжелезо, калциум и други метали.
2.3 Керамика
Керамичките тела се составени од неоргански соединенија, обично оксиди на хемиски елементи. Тие се хемиски инертни, и често се способни да ја издржат хемиската ерозија која се појавува во кисела или киселинска средина. Керамиката, генерално, може да издржи високи температури кои се движат од 1000-1600 °C (1800 за да се 3000 °F). Исклучоци вклучуваат не-оксид неоргански материјали, како што се нитриди, бориди и карбиди.
Традиционалните керамички суровини вклучуваат глина минерали како каолинит, поновите материјали вклучуваат алуминиум оксид (алумина). Модерните керамички материјали, кои се класифицирани како напредна керамика, содржат силициум карбид и волфрам карбид. И двете се вреднувани за нивната отпорност на триење, а со тоа се најде во употреба во такви апликации кои носат ознаки на дробење како опрема во рударските операции.
Повеќето керамички материјали, како што се алуминиум и неговите соединенија, се формирани од ситен прав, давајќи ситна грануларна поликристална микроструктура која е пополнета со светлински расејувачки центри споредни од брановата должина на видливата светлина. Така, тие обично се непроѕирни материјали, што е спротивно на транспарентни материјали. Последната нано (на пример, сол-гел) технологија, сепак, го направи можно за производство на поликристална транспарентна керамика како што се транспарентни алуминиум и алуминиумски соединенија за такви апликации како високо моќни ласери. Напредната керамика исто така се користи во медицината, електрични и електронски индустрии.
Керамичко инжинерство е наука и технологија за создавање на цврсти керамички материјали, делови и уреди. Ова е направено или од дејството на топлина, или, на пониски температури, користејќи бура реакции од хемиски решенија. Терминот вклучува прочистување на суровини, проучување и производство на хемиски соединенија, во прашање е нивното формирање во компоненти, и проучување на нивната структура, состав и својства.
Механички земено, керамичките материјали се кршливи, тешки, силни во компресија и слаби во стрижење и тензија. Кршливите материјали може да имаат значителна цврстина на истегнување со поддршка на статичко оптоварување. Цврстината покажува колку енергија материјалот може да апсорбира пред механички дефекти, додека фрактурната цврстина (означена K<sub>Иц</sub> ) ја опишува способноста на материјал со својствени микроструктурални недостатоци да се спротивстави на фрактура преку раст на пукнатини и размножување. Ако материјалот има голема вредност на фрактурна цврстина, основните принципи на фрактурната механика укажуваат на тоа дека, најверојатно, ќе бидат подложени на нодуларна фрактура. Кршливата фрактура е многу карактеристична за повеќето керамика и стакло-керамиките кои обично покажуваат ниски (и недоследни) вредности на K<sub>Иц</sub>.
За пример на примена на керамика, екстремна цврстина на Циркони се користи во производството на нож сечила, како и други алатки за индустриско сечење. Керамика, како што се алумина, бор карбид и силициум карбид се користат во панцири за да се одврати долгата-калибар пушка. Силициум нитрид се користат во керамички топчести лежишта, каде што нивната висока цврстина ги прави отпорни на абење. Во принцип, керамиката, исто така, е хемиски отпорна и може да се користи во влажни средини каде челик лежиштата ќе бидат подложени на оксидација (или ’рѓа).
Како друг пример на керамички апликации, во почетокот на 1980-тите години, Тојота истражува производство на адиабатичен керамички мотор со работна температура од над 6000 °F (3300 °C). Керамичките мотори не бараат систем за ладење и со тоа им овозможува големо намалување на телесната тежина и затоа поголема ефикасност на горивото. Во конвенционалниот метален мотор, голем дел од енергијата што се ослободува од гориво треба да се троши како отпадна топлина со цел да се спречи колапс на метални делови. Работата, исто така, се прави во развојот на керамички делови за гасните турбински мотори. Турбини направени со керамика би можеле да работат поефикасно, давајќи им на авионите поголем опсег и товар за сет количина на гориво. Меѓутоа, таквите мотори не се во производство, бидејќи производството на керамички делови во доволна прецизност и издржливост е тешко и скапо. методите на преработка често резултираат со широка дистрибуција на микроскопски пропусти што често имаат штетна улога во процесот на синтерување, што резултира со зголемувањето на бројот на пукнатини, а во крајност и механички дефекти.
2.4 Стаклена керамика
Стакло-керамички материјали делат многу одлики и со не-кристалните чаши и кристалната керамика. Тие се формираат како стакло, а потоа делумно кристализирани со топлинска обработка, производство и аморфни и кристални фази, така што кристалните зрна се вградени во рамките на не-кристална интергрануларна фаза.
Стакло-керамика се користи за да се направат садови (оригинално познат по името на брендот CorningWare) и имаат и висока отпорност на топлински шок и екстремно ниска пропустливост на течности. Негативните коефициенти на топлинско ширење на кристална керамичка фаза може да се балансираат со позитивен коефициент на стаклеста фаза. Во одреден момент (~ 70% кристална) стаклокерамичката има нето коефициент на топлинско ширење блиску до нула. Овој тип на стакло-керамички експонати имаат одлични механички својства и може да се повторат и брзи температурни промени до 1000 °C.
Стаклената керамика исто така може да се појави природно кога гром удира во кристални (на пример, кварц) зрна кои може да се најдат во песок на плажите. Во овој случај, екстремно и непосредено топлината на гром (~ 2500 °C) создава празни, разгранувчки структури наречени фулгурити преку соединување.
2.5 Органски материи
Органскаta хемија ja проучува структурата, својствата, составот, реакции и подготовка со синтеза (или други средства) на хемискиte соединенија на јаглерод и водород, кој може да содржи било кој број на други елементи, како што се азот, кислород и халогените: азот, кислород и халогените: флуор, хлор, бром и јод. Некои органски соединенија може да содржат и елементи на фосфор или сулфур. Примери на органски материи вклучуваат дрво, парафински восок, нафталин и широк спектар на полимери и пластика.
2.5.1 Дрво
Дрво е природен органски материјал и се состои претежно од целулозни влакна вградени во матрица на лигнин. Во однос на механичките својства, влакната се силни во тензија, и матрицата на лигнин спротивставува компресија. Така дрвото е важен градежен материјал, бидејќи луѓето почнаа изградба на засолништа и на чамци. Дрвото да се користи за градежни работи е попознато како ''граѓа'' или ''дрво''. Во градежништвото, дрвото не е само структурен материјал, но, исто така, се користи за да се формира калапот за бетон.
Дрво-заснованите материјали исто така широко се користат за пакување (на пример, картон) и хартија кои се и создадени од рафинирана пулпа. процесите на хемиското пулпирање се користи со комбинација на висока температура и алкални (крафт) или кисели (сулфит) хемикалии да се пробие на хемиски врски на лигнин пред да го изгоруваат.
2.5.2 Полимери
Една важна особина на јаглерод во органската хемија е тоа што може да формира одредени соединенија, од поединечните молекули кои се способни да се поврзуваат една со друга, а со тоа формирајќи синџир или мрежа. Процесот се нарекува полимеризација и синџири или мрежи на полимери, а извор соединение е мономер. Постојат две главни групи на полимери: тие вештачки произведени се нарекуваат индустриски полимери или синтетички полимери (пластика) и тие природно се викаат биополимери.
Мономерите може да имаат различни хемиски субституенти или функционални групи, кои можат да влијаат на хемиските својства на органските соединенија, како што се растворливост и хемиска реактивност, како и физичките својства, како што се цврстина, густина, механички или затегнувачка цврстина, отпорност на триење, топлина отпор, транспарентност, боја, итн.. во белковините, овие разлики им даваат на полимерите можност за усвојување на биолошки активна структура која има предност пред другите
Луѓето користат природни органски полимери со векови, во форма на восоци и натупвам кој е класифициран како термопластичен полимер.Растителен полимер наречен целулоза со цврстина при затегање се користи за природни влакна и јажиња, а од почетокот на19 век природната гума беше во широка употреба. Полимери се суровини (на смоли) кои се користат да се направи она што обично се нарекува пластика. Пластиката е финалниот производ, создадена по еден или повеќе полимери или адитиви кои биле додадени на смола за време на обработката, која потоа се обликува во конечна форма. Полимери, кои биле околу, а кои се во сегашната широка употреба, вклучуваат јаглерод-засновани полиетилен, полипропилен, поливинил хлорид, стиропори, полиестри, акрилни, полиуретан, и поликарбонати, и силициум заснован на силициуми.Пластика обично се класифицира како "стока", "специјалитет" и "инженерство" пластика.
2.6 Композитни материјали
Композитни материјали содржат две или повеќе макроскопски фази, од кои една е често керамичка. На пример, континуирана матрица, и дисперзирана фаза од керамички честички или влакна.
Апликации од композитни материјали се движат од структурни елементи како челик-армирани-бетонски, со топлински инсулативни плочки кои играат клучна и интегрална улога во системот за топлинска заштита на Спејс шатлот на НАСА која се користи за заштита на површината на шатлот од топлината на ре- влегување во атмосферата на Земјата. Еден пример е засилен јаглерод-јаглерод (CРC), светлосив материјал кој издржува температури до 1510 °C (2750 °F) и го штити капа носот и водечките рабови на крилата од Спејс шатлот. СРС е ламинатен композитен материјал направен од графитна вискозна материја и импрегнирана со фенолна смола. По лекување на висока температура во автоклав, на ламинат пиролизиран за претворање на смола за јаглен, импрегниран со фурфурен алкохол во вакуумска комора, и пиролизиран за претворање на алкохол во јаглерод. Со цел да се обезбеди отпорност на оксидација способност за повторна употреба, на надворешните слоеви, Советот за регионална соработка, го претвораат во силициум карбид.
Домашни примери на комбинации може да се видат во "пластични" црева на телевизори, мобилни телефони и така натаму. Овие пластични црева обично се композитни составени од термопластична матрица како акрилонитрил бутадиен стирен (ABS) во кој е додаден калциум карбонат креда, талк, стаклени влакна или јаглеродни влакна за сила, најголемиот дел, или електро-статичка дисперзија. Овие дополнувања можат да бидат наведени како зајакнување на влакна, или дисперзанти, во зависност од нивната намена.
Така, матрицата материјал опкружува и го поддржува зајакнувањето материјали од страна на одржување на нивните релативни позиции. Засилувањата ги пренесуваат своите специјални механички и физички својства за подобрување на својствата на матрицата. А синергијата произведува материјални својства недостапни од поединечните составни материјали, а широк спектар на матрицата и зајакнување на материјали овозможува дизајнер со избор на оптимална комбинација.
2.7 Полупроводници
Полупроводници се материјали кои имаат електрична отпорност (спроводливост) меѓу кои се металните проводници и неметалните изолатори. Тие може да се најдат во периодичниот систем и се движат дијагонално надолу право од бор. Се разделуваат на електрични проводници (или метали, лево) и изолатори (десно).
Уредите направени од полупроводнички материјали се темел на модерната електроника, вклучувајќи ги и радио, компјутери, телефони, итн Полупроводничките елементи вклучуваат транзистор, сончеви ќелии, диоди и интегрирани кола. Сончеви фотонапонски панели се големи полупроводнички уреди кои директно претвораат светлина во електрична енергија.
Во метален проводник, струја се врши од страна на протокот на електрони ", но во полупроводници, тековната може да се врши или со електрони или со позитивно наелектризираните "дупки" во електронски бенд структура од материјалот.. Заедничките полупроводнички материјали вклучуваат силициум, германиум и галиум арсенид.
2.8 Наноматеријали
Многу традиционални материи покажуваат различни својства, кога тие се намалуваат на димензии од нанометри. На пример, наночестичките од обично жолто злато и сив силициум се црвена боја; златните наночестички се топат на многу пониски температури (~300 °C за 2.5 nm големина) од злато плочи (1064 °C); и метални нано-жици се многу посилни од соодветниот дел метали. на високо ниво. површината од наночестичките ги прави исклучително привлечни за одредени апликации во областа на енергетиката. На пример, платина металите може да се обезбедат за подобрување како автомобилски горива катализатори, како и протонска размена на мембрана (PEM) на горивните ќелии. Исто така, керамички оксиди (или кермети) на лантан, цериум, манган и никел сега се развиваат како цврсти оксидни горивни ќелии (SOFC). Литиум, литиум-титанат и Танталови наночестички се применуваат во литиум-јонски батерии. Силициумските наночестички се покажа дека драстично го прошируваат капацитетот на литиум јонски батерии за време на циклусот на експанзија / контракција. Силициум нанопроводничкиот циклус без значителна деградација и потенцијалната употреба во батерии со голема мера се прошири. Силициумските наночестички исто така се користат во нови форми на сончева енергија. Тенок филм навредување на силициум квантни точки на поликристални силициум супстрати на (сончеви) клетки се зголемува излезниот напон колку што е 60% од флуоресцентни на влезната светлина пред да го фати. Тука, повторно, површината на наночестичките (и тенки филмови) игра клучна улога во максимизирање на износот на апсорбираната.
2.9 Биоматеријали
Многу природни (или биолошки) материјали се сложени композити со извонредни механички својства. Овие комплексни структури, кои се зголемија од неколку стотици милиони години еволуција, се инспиративни материјали кои научниците ги користат во дизајнот на нови материјали. Нивното дефинирање одлики вклучуваат структурни хиерархија, мултифункционалност и способност за само-лекување. Самоорганизирање е исто така фундаментална одлика на многу биолошки материјали и на начин со која структурите се составени до молекуларни. Така, само-собраното се појавува како нова стратегија во хемиска синтеза на високо биоматеријали перформанси.
3 Физички својства
Физичките својства на елементите и соединенијата кои обезбедуваат убедливи докази за хемиски состав содржат мирис, боја, волумен, густина (маса по единица волумен), точка на топење, точка на вриење, топлина, физичка форма и облик на собна температура (цврсти, течни или гасовити ; кубни, триаголни кристали, итн), цврстина, порозност, показател на прекршување и многу други. Овој дел се дискутира врз основа на некои физички својства на материјалите во цврста состојба.
3.1 Механички
Механичките својства на материјалите, да се опишат одликите како што е нивната цврстина и отпорност на деформација. На пример, челични греди се користат во градежништвото поради нивната висока јачина, што значи дека тие ниту се кршат ниту се наведнуваат значително под применетиот товар..
Механички својства вклучуваат Еластичност и пластичност, цврстина на истегнување, цврстина на притисок, цврстина на смолкнување, фрактурна цврстина, еластичност (со малку кршливи материјали), и цврстина на вовлекување. Механиката на цврсти материјали е проучување на однесувањето на цврста материја под надворешните активности како што се надворешните сили и температурни промени.
Цврстата состојба не покажува макроскопски проток, како и течностите. Кој било степен на заминување од својата првобитна форма се нарекува деформација. Процентот на деформација на оригиналната големина е наречен вирус. Ако се примени на стресот е доволно ниска, речиси сите цврсти материјали се однесуваат на таков начин што вирусот е правопропорционален на стресот (Хуков закон). Коефициентот на процентот што се нарекува модул на растегливост или Јангов модул. Овој регион на деформација е познат како линеарно еластичен регион. Три модели може да опишат како цврстата агрегатна состојба реагира на примената на стрес:
*Еластичност – Кога се применува стрес е отстранет, материјалот се враќа на својата првобитна форма.
*Вискоеластичност – Ова се материјали кои се однесуваат еластично, но, исто така, амортизационо. Кога се применува стрес е отстранет, работата мора да се направи против амортизационите ефекти и се претвора во топлина во рамките на материјалот. Ова резултира со хистерезис јамка во кривата на стрес-вирус. Тоа значи дека механички одговор има време-зависност.
*Пластичност – Материјали кои се однесуваат еластично обично го прават тоа кога се применуваат стрес е помала од вредноста на принос. Кога стресот е поголем од стрес на родот, материјалот се однесува пластично и не се враќа во претходната состојба. Тоа е, неповратна пластична деформација (или сладок проток) се јавува по принос што е трајна.
Многу материјали стануваат послаби на високи температури. Материјали кои ја задржуваат својата сила на високи температури, се наречени огноотпорни материјали, и се корисни за многу цели. На пример, стакло-кармика стана исклучително корисна за бројачкиот апарат, бидејќи тие покажуваат одлични механички својства и може да се одржи повторување и брзи температурни промени до 1000 °C. Во воздушната индустрија, со високи перформанси материјалите кои се користат во дизајнот на авиони и / или вселенски летала екстериери мора да имаат висока отпорност на топлински шок. Така, синтетичките влакна од органски полимери и полимер / керамика / метал композитни материјали и полимери влакна-армирани сега се дизајнирани со таа цел во умот.
3.2 Топлински
Бидејќи материите маат топлинска енергија, нивните атоми вибрираат за фиксна средна позиција во рамките на нарачателот.Спектарот на решетка вибрации во кристална или лизгава мрежа обезбедува основа за кинетичката теорија на цврсти материи. Ова движење се случува на атомско ниво, и затоа не може да се забележи или е откриен без високо специјализирана опрема, како што се користи во спектроскопијата.
Топлинските својства на цврстите материи вклучуваат топлинска спроводливост, која е во сопственост на материјал кој укажува на нејзината способност да с еСпроведување(топлина)спроведе топлина. Материите исто така имаат специфичен топлински капацитет, чиј капацитет на материјалот за зачувување на енергија е во вид на топлина (или топлински решетки вибрации).
3.3 Електрични
Електричните својства вклучуваат спроводливост, отпорност, импеданса и кондензатор. Електричните проводници како што се метали и легури се во контраст со електрични изолатори како што се чаши и керамика. Полупроводниците Полупроводниците се некаде измеѓу. Со оглед на спроводливостта на металите, предизвикана од електрони, на електрони и шуплини и придонесува за струја во полупроводници. Алтернативно, јоните и поддршката на електрична струја во јонските проводници.
Многу материјали, исто така, покажуваат суперспроводливост при ниски температури; тие вклучуваат метални елементи како што се метални и алуминиумски, разни метални легури, некои многу смешани полупроводници, и одредени керамика. На електричната отпорност на повеќето електрични (метални) проводници генерално се намалува постепено, како што температурата се намалува, но и понатаму е конечна. Во суперпроводници сепак, отпорот доаѓа нагло до нула кога материјалот се лади под критичната температура. Електрична струја тече во еден циклус на суперкомпјутерска жица, која може да се истрае на неодредено време без извор на енергија.
Диелектрик, или електричен изолатор, е супстанција која е високо отпорна на протокот на електрична струја. Диелектрик, како пластиката, тенденцијата да се фокусира на применето електрично поле се користи во кондензатори. Кондензатор е електрична направа која може да собере енергија во електричното поле помеѓу еден пар на тесно распоредени проводници (наречен "плочи"). Кога напонот се применува на кондензатор, електричните полнежи се на еднаква големина, но спротивниот поларитет, се гради на секоја плочка. Кондензаторите се користат во електрични кола како уреди за складирање на енергија, како и во електронски филтри за да се разликува високочестотните и нискочестотните сигнали.
3.3.1 Електро-механички
[[Пизоелектричество е способноста на кристалите да генерираат напон, а како одговор да применуваат механички стрес. Пиезоелектрични ефект е реверзибилен во тие Пиезоелектрични кристали, кога е изложена на примени однадворешен напон, може да го промени обликот на мала сума. Полимерните материјали како гума, волна, влакна, дрво влакна и свила често се однесуваат како електрици. На пример, полимер поливинелид флуорид (PVDF) покажува Пиезоелектричен одговор неколкупати поголем од традиционалните Пиезоелектрични материјали кварц (кристален SiO<sub>2</sub>). Деформацијата (~ 0, 1%) е подложна на корисни технички апликации како извори на висок напон, ласери, како и хемиски, биолошки и акустично-оптички сензори и / или трансформери.
3.4 Оптички
Материјалите може да ја пренесат (на пример.стакло) да ја одразат (на пример, метали) видливата светлина.
Многу материјали ќе пренесат некои бранови должини додека блокираат други. На пример, стаклото на прозорецот е транспарентен за видлива светлина но многу помалку, така што повеќето од честотите на [[ултравиолетовите зраци предизвикуваат изгореници.. Овој израз се користи за честотно селективни оптички филтри, кои може да ја сменат бојата на инцидентот светлина.
За некои цели, и оптичките и механичките својства на материјалот може да бидат од интерес. На пример, сензорите на инфраред ("барање топлина") проектили мора да бидат заштитени од страна на капакот која е транспарентна на инфрацрвеното зрачење.. Сегашниот материјал на избор за големобрзински инфрацрвени-водени проектили куполи е еден кристаленl сафир. Оптичкиот пренос на сафир, всушност, не се проширува за да се покрие целата средината на инфрацрвениот спектар (3-5 микрони), но почнува да покрива бранови должини поголеми од околу 4, 5 микрони на собна температура. Додека силата на сафир е подобра од онаа на другите достапни во средината на опсег, инфрацрвена купола на собна температура слабее над 600 °C. Постои долгогодишна трампа помеѓу оптички пропуштен определен опсег честоти и механичка издржливост; нови материјали како што се од транспарентна керамика или оптички нанокомпозити може да обезбедат подобри перформанси.
Водени Светлечки бранови. пренос вклучуваат во областа на оптичките влакна и на некои очила за пренос, истовремено со мали загуби на интензитет, опсег на честоти (мулти-владата оптички водови) со малку мешање помеѓу нив. Оптички видови се користат како компоненти во интегрирани оптички кола или како медиум за пренос на оптички комуникациски системи.
3.4.1 Оптоелектронски
Сончевите ќелии или фотоволтаични ќелии е уред кој ја претвора светлинската енергија во електрична енергија. Во основа, уредот треба да исполни само две функции: фото генерација на носители (електрони и дупки) во материјал кој апсорбира светлина и сепарација на носителите на полнеж на проводници за контакт кои ќе се пренесе на електрична енергија (едноставно кажано, носејќи електрони надвор низ металот т.е контакт во надворешното коло). Оваа пренамена се нарекува фотоелектричен ефект, и на полето на истражувањата поврзани со сончеви ќелии е познат како фотоволтаици.
Сончевите ќелии имаат многу апликации. Тие веќе долго време се користат во ситуации каде електричната енергија од мрежата е недостапна, како на пример во далечински моќни системски области, Земјата орбитира сателити и вселенски сонди, рачни калкулатори, рачни часовници, далечински радиотелефони и пумпање на вода апликации. Во поново време, тие почнуваат да се користи во собранијата на сончеви модули (фотонапонски низи) поврзани на електричната мрежа преку инвертор, тоа не е дејство како единствено снабдување, но како дополнителен извор на електрична енергија.
Сите сончеви ќелии бараат светлинска апсорпција на материјалот содржан во структурата на клетката да ги апсорбира фотоните и да произведуваат електроните фотоволтаични ефект. Се користи во сончевите ќелии и материјалите имаат тенденција да вршат сопственост на преференцијално апсорбирање на бранови должини на сончевата светлина, со кои ќе се постигне површината на Земјата. Сепак, некои сончеви ќелии се оптимизирани исто така и за апсорпција на светлината надвор од атмосферата на Земјата.