הנדסת חומרים

מקור: פייסל אלמגיר, בית הספר למדעי החומרים וההנדסה, המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, אטלנטה, GA הדמיה של מבנים מיקרוסקופיים של חומרים מוצקים, וניתוח הרכיבים המבניים שמצלמים, ידועה כחומרוגרפיה. מידע איכותי כגון, למשל, אם יש נקבוביות בחומר, איך גודל והתפלגות הצורה של הגרגרים נראים, או אם יש anisotropy למבנה המיקרו ניתן לראות ישירות. עם זאת, נראה בחלק 2 של סדרת החומרוגרפיה כי שיטות סטטיסטיות מאפשרות לנו למדוד באופן כמותי תכונות מיקרו-מבניות אלה ולתרגם את הניתוח מחתך דו מימדי למבנה התלת מימדי של דגימת...

מקור: פייסל אלמגיר, בית הספר למדעי החומרים וההנדסה, המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, אטלנטה, GA הדמיה של מבנים מיקרוסקופיים של חומרים מוצקים, וניתוח הרכיבים המבניים שמצלמים, ידועה כחומרוגרפיה. לעתים קרובות, ברצוננו לכמת את המבנה התלת מימדי הפנימי של חומר באמצעות התכונות המבניות בלבד המוכחות על ידי משטח דו מימדי חשוף. בעוד ששיטות טומוגרפיות מבוססות רנטגן יכולות לחשוף מיקרו-מבנה קבור (לדוגמה, סריקות ה- CT שאנו מכירים בהקשר רפואי), הגישה לטכניקות אלה מוגבלת למדי בשל עלות המכשור הנלווה. חומרן מבוסס...

מקור: פייסל אלמגיר, בית הספר למדעי החומרים וההנדסה, המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, אטלנטה, GA ספקטרוסקופיית פוטואלקטרוניקה רנטגן (XPS) היא טכניקה המודדת את ההרכב היסודי, הנוסחה האמפירית, המצב הכימי והמצב האלקטרוני של האלמנטים הקיימים בתוך חומר. ספקטרום XPS מתקבל על ידי הקרנת חומר עם קרן של צילומי רנטגן ובו זמנית מדידת האנרגיה הקינטית ומספר האלקטרונים הנמלטים מהחלק העליון של מספר ננומטרים של החומר המנותח (בתוך ~ 10 ננומטר העליון, עבור אנרגיות קינטיות טיפוסיות של האלקטרונים). בשל העובדה שאלקטרוני...

מקור: פייסל אלמגיר, בית הספר למדעי החומרים וההנדסה, המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, אטלנטה, GA עקיפה של קרני רנטגן (באנגלית: XRD) היא טכניקה המשמשת במדע החומרים לקביעת המבנה האטומי והמולקולרי של חומר. זה נעשה על ידי הקרנת מדגם של החומר עם צילומי רנטגן אירוע ולאחר מכן מדידת עוצמות ופיזור זוויות של צילומי הרנטגן הפזורים על ידי החומר. עוצמת צילומי הרנטגן הפזורים מתווים כפונקציה של זווית הפיזור, ומבנה החומר נקבע מניתוח המיקום, בזווית ובעוצמות הפסגות של האינטנסיביות הפזורות. מעבר ליכולת למדוד את המיקום...

מקור: סיינה שהבזמוהמדי ופיימן שהביגי-רודפושטי-רודפושטי, בית הספר להנדסה, אוניברסיטת קונטיקט, סטורז, CT ככל שמיקרוסקופי אלקטרונים הופכים למורכבים יותר ונפוצים במעבדות מחקר, זה הופך להיות יותר הכרח להציג את היכולות שלהם. קרן יונים ממוקדת (FIB) היא מכשיר שניתן להשתמש בו על מנת לייצר, לקצץ, לנתח ולאפיין חומרים בקנה מידה של מיקו וננו במגוון רחב של תחומים, החל מננו-אלקטרוניקה ועד לרפואה. ניתן לחשוב על מערכות FIB כקרן של יונים שניתן להשתמש בה כדי לטחון (sputter), פיקדון, וחומרי תמונה על מיקרו...

מקור: סיינה שהבזמוהמדי ופיימן שהביגי-רודפושטי-רודפושטי, בית הספר להנדסה, אוניברסיטת קונטיקט, סטורז, CT אזור התגבשות כיוונית נמס הוא תהליך מתכות שבו אזור צר של גביש (בדרך כלל בצורה של בר) נמס. הכבשן נע לאורך דגימת צורת המוט, כלומר האזור המותך מועבר לאורך הגביש והאזור המותך מועבר מקצה אחד של הבר לקצה השני. מנגנון זה נמצא בשימוש נרחב סגסוגות, אולם אטומים מסולסל נוטים להפריד את ההיתוך. בסוג זה של סגסוגת, זיהומים גם להתרכז להמיס, ולעבור לקצה אחד של המדגם יחד עם אזור מותך נע. לכן, התכת אזור משמשת...

מקור: דניאל נ. ביטי וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית (DSC) היא מדידה חשובה לאפיון תכונות תרמיות של חומרים. DSC משמש בעיקר כדי לחשב את כמות החום המאוחסן בחומר כפי שהוא מתחמם (קיבולת חום) כמו גם את החום נספג או שוחרר במהלך תגובות כימיות או שינויים פאזה. עם זאת, מדידת חום זה יכולה גם להוביל לחישוב תכונות חשובות אחרות כגון טמפרטורת מעבר מזוגגת, גבישיות פולימרית ועוד. בשל האופי הארוך, דמוי השרשרת של פולימרים זה לא נדיר...

מקור: אליס ס.ד. בוקי, דניאל נ. ביטי, וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT שיטת הבזק הלייזר (LFA) היא טכניקה המשמשת למדידת דיפוזיה תרמית, מאפיין ספציפי לחומר. דיפוזיה תרמית (α) היא היחס בין כמות החום שמתבצעת ביחס לכמות החום המאוחסנת בחומר. זה קשור מוליכות תרמית ( ), כמה חום מועבר דרך חומר עקב שיפוע טמפרטורה, על ידי הקשר הבא: (משוואה 1) כאשר ⍴ הוא צפיפות החומר ו- Cp היא קיבולת החום הספציפית של החומר בטמפרטורת העניין הנתונה. הן דיפוזיה תרמית והן...

מקור: לוגן ג 'קיפר, אנדרו ר ' פלקובסקי, וטיילור ד ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT Electroplating הוא תהליך המשתמש בזרם חשמלי כדי להפחית את תעודות המתכת המומסות, כך שהם יוצרים ציפוי דק על אלקטרודה. טכניקות אחרות של תצהיר סרטים דקים כוללות תצהיר אדים כימיים (CVD), ציפוי ספין, ציפוי טבילה ותצהיר מקרטעת בין היתר. CVD משתמשת במבשר שלב הגז של האלמנט להפקדה. ציפוי ספין מורח את הנוזל מבשר צנטריפוגלי. ציפוי טבילה דומה לציפוי ספין, אך במקום לסובב את מבשר הנוזל,...

מקור: ג'יי ג'ייקוב צ'אבס, ריאן טי דייוויס וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT התפשטות תרמית חשובה ביותר כאשר שוקלים אילו חומרים ישמשו במערכות שחוות תנודות בטמפרטורה. התפשטות תרמית גבוהה או נמוכה בחומר עשויה או לא עשויה להיות רצויה, בהתאם ליישום. לדוגמה, במדחום נוזלי נפוץ, חומר עם התפשטות תרמית גבוהה יהיה רצוי בשל רגישותו לשינויי טמפרטורה. מצד שני, רכיב במערכת שחווה טמפרטורות גבוהות, כגון מעבורת חלל שחוזרים לאטמוספרה, יזדקק לחומר שלא יתרחב ויתכווץ...

מקור: קארה אינגרהאם, ג'ארד מק'קאצ'ן וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT התנגדות חשמלית היא היכולת של אלמנט מעגל חשמלי להתנגד לזרימת החשמל. ההתנגדות מוגדרת בחוק אוהם: (משוואה 1) איפה המתח והוא הזרם. החוק של Ohm שימושי לקביעת ההתנגדות של נגדים אידיאליים. עם זאת, אלמנטים מעגליים רבים מורכבים יותר ולא ניתן לתארם על ידי התנגדות בלבד. לדוגמה, אם נעשה שימוש בזרם לסירוגין (AC) אז ההתנגדות תהיה תלויה לעתים קרובות בתדירות של אות AC. במקום להשתמש בהתנגדות...

מקור: סיינה שהבזמוהמדי ופיימן שהביגי-רודפושטי-רודפושטי, בית הספר להנדסה, אוניברסיטת קונטיקט, סטורז, CT העצמות הן מרוכבים, עשוי מטריצה קרמית וחיזוק סיבי פולימר. הקרמיקה תורמת כוח דחיסה, והפולימר מספק חוזק מתיחה וכיפוף. על ידי שילוב של חומרים קרמיים ופולימריים בכמויות שונות, הגוף יכול ליצור חומרים ייחודיים המותאמים ליישום מסוים. כמהנדסים ביו-רפואיים, היכולת להחליף ולשכפל עצם עקב מחלה או פגיעה טראומטית היא היבט חיוני של מדע הרפואה. בניסוי זה ניצור שלושה מרוכבים קרמיים-מטריקס שונים עם טיח של פריז...

מקור: סיינה שהבזמוהמדי ופיימן שהביגי-רודפושטי-רודפושטי, בית הספר להנדסה, אוניברסיטת קונטיקט, סטורז, CT סגסוגות עם גודל תבואה פחות מ 100 ננומטר ידועים בשם סגסוגות nanocrystaline. בשל תכונותיהם הפיזיות והמכניות המשופרות, יש ביקוש הולך וגובר להעסיק אותם בתעשיות שונות כגון מוליכים למחצה, ביו-סנסורים וחלל. כדי לשפר את העיבוד והיישום של סגסוגות nanocrystalline, יש צורך לפתח קרוב 100% חומרים בתפזורת צפופה אשר דורש השפעה סינרגטי של טמפרטורה גבוהה ולחץ. על ידי הגדלת הטמפרטורה והלחץ החלים, דגנים קטנים...

מקור: אמבר נ. בארון, אשליה פטרסון, וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT הידרוג'לים הם סוג רב-תכליתי של פולימרים מקושרים המיוצרים באמצעות הליכים פשוטים יחסית ועם חומרים זולים בדרך כלל. הם יכולים להיווצר מפתרון ומערבים עמוד שדרה פולימרי שנוצר מגיב מונומר, יוזם מה שהופך את הפולימר תגובתי ומינים מקשרים את שרשראות הפולימר יחד. היבט חשוב של חומרים אלה הוא שהם מתנפחים בנוכחות מים, אבל תגובה זו יכולה להיות מכוונת עוד יותר כדי לשפר את הנפיחות כפונקציה של...