Materiaalit

Materiaalit ovat aineita ja yhdisteiden kokonaisuuksia, joita käytetään tuotteiden, rakenteiden ja tekniikan järjestelmien valmistukseen. Niiden ominaisuudet määrittävät, miten ne käyttäytyvät kuormituksen, lämpötilan ja ympäristön vaikutuksissa. Materiaalien tutkimus ja kehitys yhdistää kemian, fysiikan ja tekniikan periaatteita, tavoitteena valita oikea materiaali kohteeseen sekä parantaa suorituskykyä, kestävyyttä ja kustannustehokkuutta.

Materiaalit jaetaan yleisesti neljään pääryhmään: metallit, polymeerit ja muovit, keraamit sekä komposiitit. Metallit tarjoavat suurta lujuutta ja kestävyyttä, polymeerit ovat kevyitä ja muokattavia, keraamit kestävät korkeita lämpötiloja ja kulutusta, ja komposiitit yhdistävät useamman materiaalin hyviä ominaisuuksia. Luonnonmateriaalit, kuten puu ja kivi, sekä biomateriaalit muodostavat keskeisen osan sovelluksia, erityisesti kestävissä ratkaisuissa ja biolähtöisissä käyttötarkoituksissa.

Ominaisuudet vaihtelevat: mekaaninen lujuus, tiheys, kimmoisuus, kovuus sekä kemiallinen vastustus ja ympäristön vaikutukset. Lämpötilan ja kosteuden vaikutukset sekä sähkö- ja lämmönjohtavuus ovat tärkeitä valintakriteerejä. Prosessointi – kuten muotoilu, ruiskuvalu, ekstrusio ja pinnoitus – vaikuttaa lopulliseen suorituskykyyn ja kustannuksiin. Oikean materiaalin valinta huomioi usein elinkaaren, kierrätettävyyden ja ympäristövaikutukset.

Käyttökohteita ovat rakennus- ja infrastruktuuriratkaisut, kulutustavarat, elektroniikka, auto-, ilmailu- ja energia- sekä terveydenhuolto. Kehitys suuntautuu yhä kevyempiin, kestävämpiin ja älykkäisiin materiaaleihin, kuten älymateriaaleihin ja nanomateriaaleihin. Kierrätys ja kiertotalous ovat keskeisiä kehityskohteita, jotka vaikuttavat sekä ympäristöön että talouteen.

Tiedettä ja tekniikkaa, materiaaleja tutkii materiaalitiede ja -tekniikka, joka kattaa mikroskooppiset rakenteet sekä makrotason ominaisuudet.