Materjaliteaduse

Materjaliteadus on interdistsiplinaarne teadus ja inseneeria, mis uurib materjalide omadusi ja nende muutumist sõltuvalt mikroskoopilisest struktuurist, koostisest ja tootmisest. See püüab mõista ja modelleerida seoseid struktuuri, omaduste ja töötlemise vahel ning arendada materjale, mis sobivad konkreetseteks rakendusteks.

Peamised materjalide klassid on metallid, polümeerid, keraamikad, komposiidid ja biomaterjalid. Iga klassi omadused – tugevus, elastsus, kõvadus, tihedus ning termilised ja elektrilised omadused – määravad nende kasutusvaldkonnad. Materjaliteadus keskendub struktuuri ja koostise muutmise mõju omadustele ning leiab viise nende töötluse optimeerimiseks.

Karakteriseerimine ja eksperimentaalarendus on keskmes. Meetodid hõlmavad mikroskoopiat ja elektronmikroskoopiat, X-ray difraktsiooni, spektri-analüüsi, termilist analüüsi ning mehaanilisi teste. Töötlemise ja tootmise osas käsitletakse valamist, vormimist, termilist töötlemist ning lisandite tootmist (lisandtootmine, 3D-printimine).

Arvutuslik materjaliteadus ja materjalide informaatika ühendavad keemiat, füüsikat ja inseneeriat andmepõhise kavandi ning simulatsioonidega. Kasutatakse meetodeid nagu tihedusfunktsionaalteooria (DFT), molekulaarne dünaamika ja faaside modelleerimine, võimaldades kiiremat materjalide avastamist ja disaini.

Rakendused hõlmavad transporti, elektroonikat, energiat, ehitust ja tervishoidu. Materjaliteadus mängib olulist rolli jätkusuutlikkuse ja eluiga käsitlevas arutelus, sealhulgas ringlussevõtt, taaskasutatavate materjalide arendamine ning ökoloogilise jalajälje vähendamine.

Haridus ja teadus: materjaliteadus on tihedalt seotud inseneeria, füüsika ja keemiaga ning pakub bakalaureuse-, magistri- ja doktoritaseme õppekavu, mis valmistavad ette nii põhiteadust kui ka tööstuslikku rakendust.