Materjaliteadused

Erinevad materjalid me ümber tunduvad nii loomulikud, mistõttu me isegi ei adu, et klaasi, plastmassi või keraamika olemasolu eest võlgneme tänu materjaliteadlastele, kes töötavad välja aina uusi materjale. Ikka selleks, et lahendada mõni probleem, olgu see siis  elektroonika, infotehnoloogia, energeetika, meditsiini, ehitusteaduste või mõnes muus valdkonnas. Seega on materjaliteadus moodne ja interdistsiplinaarne teadusharu, mis ühendab endas keemiat, füüsikat ja inseneriteadust. Viimastel aastakümnetel on materjaliteadus muutunud eriti tähtsaks, sest mitmete teoreetiliselt välja mõeldud tehniliste rakenduste jaoks pole sobivaid materjale (ülijuhid, kosmoselift, efektiivsemad päikesepatareid, vesinikkütuseelemendid jne).

Materjaliteadus sai alguse keraamika valmistamisest ja metallurgiast, olles seega üks vanemaid inseneri- ja rakendusteaduse vorme. Mitmed olulised tänapäevase materjaliteaduse elemendid on nn kosmoseralli tulemus: õpiti valmistama metallisulameid, räni- ja süsinikmaterjale, mida vajati kosmosesõidukites. Ka on materjaliteadust edasi tõuganud revolutsiooniliste materjalide – plastmassid, pooljuhid ja biomaterjalid – kasutuselevõtt. Eraldiseisva teadusharuna kujunes materjaliteadus välja 20. sajandil, saades tihti alguse ülikoolide metallurgiaosakondadest.

Põhilised materjaliklassid on:

  • Metallid, mis koosnevad ühest või rohkemast metallilisest elemendist ja sisaldavad tihti väikeses koguses mittemetallilisi ühendeid.
  • Keraamika. Vahel räägitakse eraldi veel traditsioonilisest keraamikast: materjalid, mis koosnevad savimineraalidest, lisaks veel klaas ja tsement.
  • Polümeerid, nt plastmassid ja kummist materjalid.
  • Komposiitmaterjalid. Siia hulka loetakse ka mõnda looduslikult esinevat materjali, nagu näiteks puit ja luu. Tõenäoliselt tuntuim näide tehismaterjalide hulgast on fiiberklaas.
  • Pooljuhid, mille omadused on tugevas sõltuses nende puhtusest: väga väike kogus mingi muu aine aatomeid muudab juba nende omadusi. Pooljuhid on teinud võimalikuks tänapäeva elektroonika ja arvutite arengu.
  • Biomaterjalid, mida kasutatakse erinevate implantaatide valmistamiseks. On oluline, et need ei eritaks organismi toksilisi aineid ja sobiksid kokku keha kudedega.

Viimaste aastate suuremad saavutused materjaliteadustes pärinevad nii mikrotehnoloogia, kristallograafia, biomaterjalide kui elektroonika ja magnetmaterjalide vallast. Tulevikus võetakse ilmselt üha laialdasemalt kasutusele nn tarku materjale, mis suudavad tajuda muutusi oma keskkonnas ja neile vastavalt reageerida. Teine valdkond, mis tugevalt edasi areneb, on nanotehnoloogiat kasutades valmistatud materjalid. Sellised materjalid valmistatakse üksikuid molekule, aatomeid või nende kihte paika asetades (nt süsiniku nanotorud).

Mati Feldmann

Lisavaatamist:

Henn Liiv (Püramiidi tipus, 20.05.2012)