Materiaalirakenteina

Materiaalirakenteina kuvaa materiaalin rakenteellista järjestäytymistä eri pituus- ja aikaskaalilla. Siihen kuuluu atomin järjestäytyminen kiinteässä tilassa, mikrostruktuuri sekä makro- ja nanorakenteet, jotka muodostuvat valmistusvaiheissa ja käsittelyissä. Rakenteella on keskeinen vaikutus materiaalin ominaisuuksiin ja käyttäytymiseen, kuten lujuuteen, jäykkyyteen, kestävyyteen sekä sähkön- ja lämmönjohtavuuteen.

Keskeisiä rakenteellisia tasoja ovat atomirakenne (kideverkosto ja epäjatkuvuudet), mikrostruktuuri (rakeet, rajapinnat, faasit ja dislokaatiot) sekä makro- ja nanostruktuuri (kerrokselliset rakenteet ja täyteainejärjestelyt). Eri materiaalit korostavat erilaista rakennetta: metallit ovat usein kide- ja rakepohjaisia; keramiikat voivat olla kide- tai amorfisia; polymeerit voivat olla amorfisia tai kristallisia; ja komposiitit yhdistävät matriisin ja täyteaineen erityisrakenteiden kautta.

Rakenne–ominaisuus–prosessointi -kolmio hallitsee materiaalien suunnittelua. Prosessit kuten lämpökäsittely, muotoilu ja hitsaus vaikuttavat mikro- ja makrostruktuuriin ja siten lopullisiin ominaisuuksiin. Rakenteiden tutkimus ja kartoitus hyödyntävät mikroskopiaa (valomikroskopia, elektronimikroskopia), röntgendiffraktiota, spektroskopiaa sekä muita analyysimenetelmiä. Tutkimus yhdistää nano- ja makroanalytiikan sekä digitaalisen aineistotiedon hallinnan, mikä mahdollistaa uusien, monimutkaisten rakenteiden suunnittelun ja valmistuksen.