Solido

Ĉi tiu artikolo temas pri la fizika signifo de solido. Por legi pri tridimensia geometria formo, rigardu Solido (geometrio), por romia monero, Solido (monero)

---

Peco de glacio (nome akvo en solida stato).

Solido estas stato de materio, kiu havas formon kaj volumenon. La atomoj aŭ molekuloj estas relative proksimaj kaj fiksitaj; tamen solidon ankoraŭ eblas deformi aŭ kunpremi. Solido (de la latina "solĭdus") estas unu el la kvar plej konataj kaj observeblaj statoj de agregado de materio, el kiuj la aliaj estas gaso, likvo, kaj plasmo. Ĝi estas karakterizita ĉar ĝi metas rezistadon al ŝanĝoj de formo kaj de volumeno. Ties partikloj estas kunaj kaj ankaŭ ĝuste ordigitaj.​ La molekuloj de solido montras grandan koheron kaj adoptas formojn tre bone difinitajn. Ekzistas kelkaj fakoj kiuj studas la solidojn nome la jenaj:

• La solid-stata fiziko studas per kaj eksperimenta kaj teoria maniero la materion se kondensata, tio estas, de likvaĵoj kaj solidoj kiuj enhavas pli ol 10¹⁹ atomojn en kontakto inter si.
• La mekaniko de solidoj deformeblaj studas propraĵojn mikroskopajn ekde la perspektivo de la kontinuaĵa mekaniko kiel tensio, deformiĝo kaj magnitudes termodinámicas e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.
• La scienco de materialoj okupiĝas ĉefe de propraĵoj de la solidoj kiel strukturo kaj transformoj de fazo.
• La Solidstata kemio estas fako specializita en la sintezo de novaj materialoj.

La plej malpeza solido konata estas artefarita materialo, nome la aeroĝelo kun denseco de 3 mg/cm³ aŭ 3 kg/m³, la vitro, kiu havas densecon de 1,9 g/cm³, dum la plej densa estas metalo, nome la osmio (Os), kiu havas densecon de 22,6 g/cm³.

Propraĵoj de solido

Prem-risorto.

• Elasteco: Solido rekuperas sian originalan formon post kiam ĝi estis deformita. Risorto estas objekto, en kiu oni povas observi tiun econ, ĉar ĝi revenas al sia origina formo.
• Rompiĝemo: Solido povas rompiĝi en multaj fragmentoj (solidoj estas rompiĝemaj).
• Dureco: La dureco estas la opozicio kiun montras la materialoj al ŝanĝoj kiel la penetremo, la abrazio, la striigeblo, la tranĉebleco, kaj la deformado permanenta inter aliaj. La diamanto estas solido kun tre alta nivelo de dureco.
• Difinita formo: La solidoj havas difinitan formon, estas relative rigidaj kaj ne fluas kiel faras la gasoj kaj la likvaĵoj, escepte sub ekstremaj premoj de la medio.
• Alta denseco: La solidoj havas densecojn relative altajn pro la proksimeco de ties molekuloj; pro tio oni diras, ke la solidoj estas pli “pezaj”.
• Floseblo: Kelkaj solidoj kongruas kun tiu eco, nur se ties denseco estas malpli alta ol tiu de la likvaĵo en kiu oni metas ĝin.
• Inercio: Estas la malfacilo aŭ rezisteco kiu faras fizika sistemo aŭ socia sistemo al eblaj ŝanĝoj, en la kazo de la solidoj, ili faras reziston por ŝanĝi sian staton de ripozeco.

Elektro-porta kablo (fadenoj) el kupro.

• Tenaceco: En scienco de la materialoj la tenaceco estas la rezisteco kiun faras materialoj por ke ne okazu fendoj.
• Maleebl(ec)o: Estas la eco de la materio, kiun montras la solidaj korpoj kiam ili estas prilaboritaj per deformigo. La maleeblo ebligas la akiron de fajnaj lamenoj de materialo sen ke tiu rompiĝu, havante komune neniun metodon por kvantigi ilin.
• Duktileco: La duktileco referencas al la eco de la solidaj korpoj por akiri el ili fajnajn fadenojn. Tio evidentas ekzemple en la fadenoj el kupro.
• Rigideco: Kelkaj solidoj povas rezisti pli ol aliaj la faldojn kaj distordojn.
• Deformiĝo: Kelkaj solidoj povas esti deformitaj sen rompiĝi, akirante diferencan formon disde tiu kiun ili havis.
• Alojeblo: Eco kiun havas la materialojn por formi alojojn kiuj siavice povas rezulti en novaj materialoj plibonigante siajn ecojn.
• Specifa varmo: La varmiga kapablo de substanco estas la energio necesa por pliigi 1℃ ties temperaturon.

Mikroskopa priskribo

Modeloj de tre proksimaj atomoj ene de kristala solido.

La atomoj, molekuloj aŭ jonoj kiuj formas solidojn povas esti aranĝitaj en tre ordigita ripetmodelo, aŭ tute neregule. Materialoj kies konstituantoj estas aranĝitaj laŭ regula modelo estas konataj kiel kristaloj. En kelkaj okazoj, la regula ordigo povas plui nerompita je granda skalo, por ekzemplo en diamantoj, en kiuj ĉiu diamanto estas unusola kristalo. Solidaj objektoj kiuj estas sufiĉe grandaj por esti vidataj kaj manipulataj estas tre rare komponitaj de unusola kristalo, male ili estas faritaj el granda nombro de unusolaj kristaloj, konata kiel kristalitoj, kies grando povas varii el kelkaj nanometroj al kelkaj metroj. Tiaj materialoj estas nomataj plurkristalenoj. Preskaŭ ĉiuj oftaj metaloj, kaj multa ceramiko, estas plurkristalenoj.

En aliaj materialoj, ne estas klara ordo en la pozicio de la atomoj. Tiuj solidoj estas konataj kiel amorfaj solidoj; ekzemploj estas polistireno kaj vitro.

Ĉu solido estas kristala aŭ amorfa dependas el la koncerna materialo, kaj el la kondiĉoj en kiu ĝi estis formita. Solidoj estas formataj per malrapida malvarmigo tendencas esti kristalaj, dum solidoj kiuj estas frostitaj rapide estas pli verŝajne amorfaj. Same, la specifa kristala strukturo adoptita de kristala solido dependas el la koncerna materialo kaj el kiel ĝi estis formita.

Dum multaj oftaj objektoj, kiel glacikubo aŭ monero, estas kemie identaj ene de la tuto, multaj aliaj oftaj materialoj enhavas nombrajn diversajn substancojn kunarigitajn. Por ekzemplo, tipa rokaĵo estas agregaĵo de kelkaj diversaj mineraloj kaj "mineraloidoj" (mineralecaj substancoj kiuj ne montras kristalecon), sen specifa kemia kompono. Ligno estas natura organika materialo konsistanta ĉefe el fibroj da celulozo trempitaj en miksaĵo de organika lignino. En scienco de materialoj, kompozitoj de pli ol unu konstituanta materialo povas esti dezajnita por akiri deziritajn ecojn.

Klasoj de solidoj

La fortoj inter la atomoj en solido povas montri varion de formoj. Por ekzemplo, kristalo de natria klorido (komuna salo) estas formita de jona natrio kaj kloro, kiuj estas kunigitaj pere de jonaj ligiloj. En diamantoj aŭ silicio, la atomoj kunhavas elektronojn kaj formas kovalentajn ligojn. En metaloj, elektronoj estas kunhavataj en jonaj ligoj. Kelkaj solidoj, partikulare plej organikaj kompozitoj, estas kunigitaj pere de la forto de Van-der-Waals kio rezultas el la polusigo de la elektrona ŝarĝonubo de ĉiu molekulo. La dissimileco inter la tipoj de solidoj rezultas el la diferencoj inter ties ligoj.

Metaloj

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Metalo.

La pinaklo de la novjorka Chrysler Building, nome plej alta ŝtal-subtenita brik-konstruaĵo de la mondo, estas ŝirmita per rustimuna ŝtalo.

Metaloj tipe estas fortaj, densaj kaj bonaj kondukiloj de kaj elektro kaj de varmo. La kerno de elementoj de la perioda tabelo, tiuj maldekstre de diagonalo el boro ĝis polonio, estas metaloj. Miksoj de du aŭ pliaj elementoj en kiuj la ĉefa komponanto estas metalo estas konataj kiel alojoj.

La homoj estis uzantaj metalojn por vario de celoj ekde prahistoraj epokoj. La forto kaj fidindeco de metaloj kondukis al ties disvastigita uzado en konstruado kaj de konstruaĵoj kaj de aliaj strukturoj, same kiel por plej vehikloj, multaj aparatoj kaj iloj, tuboj, ŝosesignaloj kaj fervojoj. Fero kaj aluminio estas la du plej ofte uzataj strukturaj metaloj. Ili estas ankaŭ la plej abundaj metaloj en la terkrusto. Fero estas plej ofte uzata en la formo de alojo, nome ŝtalo, kiu enhavas ĝis 2.1% da karbono, kio faras ĝin multe pli forta ol pura fero.

Ĉar metaloj estas bonaj kondukiloj de elektro, ili estas valoraj en elektraj aplikoj kaj por porti elektrajn kurentojn sur longaj distancoj pere de malmulta energiperdo aŭ vanuigo. Tiel, elektra reto dependas el metalaj kabloj por distribui elektron. Hejmaj elektraj sistemoj, por ekzemplo, estas kabligitaj per kupro pro ties bonkvalita kondukto-kapablo kaj facila maŝineblo. La alta termika konduktivo de plej metaloj faras ilin ankaŭ utilaj por kuiriloj.

La studo de metalaj elementoj kaj iliaj alojoj formas gravan parton de la kampoj de solid-stata kemio, fiziko, scienco de materialoj kaj inĝenierado.

Metalaj solidoj estas arigitaj kune pro siaj alta denseco de kunhavitaj, delokigitaj elektronoj, konataj kiel "metala ligo". En metalo, atomoj pretas perdi siajn eksterajn ("valento") elektronojn, formante pozitivajn jonojn. La liberaj elektronoj estas disvastigitaj super la tuta solido, kiuj estas kuntenitaj firme per elektrostataj interagadoj inter la jonoj kaj la elektron-nubo. La granda nombro de liberaj elektronoj havigas al la metaloj ties altajn valorojn de elektra kaj termika konduktiveco. La liberaj elektronoj ankaŭ evitas transmision de videbla lumo, kio faras metalojn opakaj kaj brilaj.

Plej antaŭeniritaj modeloj de metalaj ecoj konsideras la efikon de pozitivaj jon-kernoj sur la delokigitaj elektronoj. Ĉar plej metaloj havas kristalan strukturon, tiuj jonoj estas kutime aranĝitaj en perioda krado. Matematike, la potencialo de la jon-kernoj povas esti traktita per variaj modeloj, el kiuj la plej simpla estas la modelo de preskaŭ liberaj elektronoj.

Mineraloj

Kolekto de variaj mineraloj.

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Mineralo.

Mineraloj ekzistas nature kiel solidoj formitaj tra variaj geologiaj procezoj sub altaj premoj. Por esti klasita kiel vera mineralo, substanco devas havi kristalan strukturon kun unuformaj fizikaj ecoj en la tuto. Mineraloj gamas en kompono el puraj elementoj kaj simplaj saloj ĝis tre kompleksaj silikatoj kun miloj da konataj formoj. Kontraste, roka samplo estas hazarda agregaĵo de mineraloj kaj/aŭ "mineraloidoj", kaj ne havas specifan kemian komponon. La vasta majoritato de rokoj de la terkrusto konsistas el kvarco (kristala SiO₂), feldspato, glimo, klorito, kaolino, kalcito, epidoto, olivino, aŭgito, hornblendo, magnetito, hematito, limonito kaj kelkaj aliaj mineraloj. Kelkaj mineraloj, kiel kvarco, glimo aŭ feldspato estas oftaj, dum aliaj estas troveblaj en nur kelkaj lokoj en la tuta mondo. La plej granda grupo de mineraloj pro multo estas la silikatoj (plej rokoj estas ≥95% silikatoj), kiuj estas komponitaj ĉefe el silicio kaj oksigeno, kun la aldono de jonoj de aluminio, magnezio, fero, kalcio kaj aliaj metaloj.

Ceramiko

Si₃N₄ ceramikaj partoj.

Ceramikaj solidoj estas komponitaj de neorganikaj komponantoj, kutima oksidoj de kemiaj elementoj. Ili estas kemie inertaj, kaj ofte estas kapablaj rezisti kemiajn erodojn kiuj okazas en acideca aŭ kaŭsteca medio. Ceramiko ĝenerale povas rezisti altajn temperaturojn game el 1000 ĝis 1600 °C (1800 ĝis 3000 ℉). Esceptoj estas ne-oksidaj neorganikaj materialoj, kiel nitridoj, boridoj kaj karbonidoj.

Tradiciaj ceramikaj krudaj materialoj estas argilaj mineraloj kiel kaolinito, kaj pli ĵusaj materialoj estas la aluminia oksido. La modernaj ceramikaj materialoj, kiuj estas klasitaj kiel modernaj ceramikaĵoj, estas silicia karbonido kaj volframa karbonido. Ambaŭ estas valoraj pro sia rezisto al abrazio, kaj pro tio ili trovas uzadon en tiaj aplikoj kiel la ĉerpolamenoj de detruekiparo en minlaboroj.

Plej ceramikaj materialoj, kiaj aluminia oksido kaj ties komponaĵoj, estas formitaj el fajnaj polvoj, kiuj enhavas fajngrajnajn plurkristalajn mikrostrukturojn kiuj estas plenaj je lumdisigaj centroj kompareblaj al la ondolongo de la videbla lumo. Tiel, ili estas ĝenerale opakaj materialoj, kontraste kun travideblaj materialoj. Ĵusa nanoskala (ekz. "sol-gel" solvo-ĝelo) teknologio ebligis la produktadon de plurkristala travidebla ceramiko kiel travideblaj aluminia oksido kaj ties komponaĵoj por aplikoj kiel povegaj laseroj. Tia moderna ceramiko estas uzata ankaŭ en industrioj de medicino, elektro kaj elektroniko.

Ceramika inĝenierado estas la scienco kaj teknologio por kreadi solid-statajn ceramikajn materialojn, partojn kaj aparatojn. Tio estas farata ĉu per la agado de varmo, ĉu je pli malaltaj temperaturoj, uzante precipitajn reakciojn el kemiaj solvoj. La termino inkludas la purigon de krudaj materialoj, la studon kaj produktadon de koncernaj kemiaj komponaĵoj, ties formadon en komponaĵoj, kaj la studon de ties strukturo, kompono kaj ecoj.

Pri mekaniko, ceramikaj materialoj estas rompeblaj, fortaj, sed fortaj por kunpremado kaj malfortaj por borado kaj tensio. Rompeblaj materialoj povas montri gravan tensian forton subtenante statan ŝarĝon. Tenaceco indikas kiom multe da energio materialo povas absorbi antaŭ mekanika rompo, dum fraktura (pri-rompa) tenaceco (notita kiel K_Ic) priskribas la kapablon de materialo kun esencaj mikrostrukturaj mankoj rezisti rompon pere de frapokresko kaj propagado. Se materialo havas grandan valoron de rompotenaceco, la bazaj principoj de la rompomekaniko sugestas, ke ĝi plej verŝajne eltenos duktilan rompon. Rompo estas tre karaktera de plej el la ceramikaj kaj vitroceramikaj materialoj kiuj tipe montras malaltajn (kaj nekonsistantajn) valorojn de K_Ic.

Por ekzemplo de aplikoj de ceramiko, la ekstrema dureco de zirkonia dioksido estas uzata en la fabrikado de tranĉilaj klingoj, same kiel de aliaj tranĉaj industriaj laboriloj. Ceramikaĵoj kiel la aluminia oksido, la bora karbonido kaj la silicia karbonido estis uzitaj por fabrikado de kuglorezistaj veŝtoj por forpeli alt-kalibran riflopafadon. Partoj de silicia nitrido estas uzataj por ceramikaj lagroj, en kiuj ties alta forteco faras ilin tre rezistantaj. Ĝenerale, ceramiko estas ankaŭ kemie rezistanta kaj povas esti uzata en malsekaj medioj kie ŝtalo povus esti eventuale klina al oksidigo (aŭ rusto).

Kiel alia ekzemplo de ceramikaj aplikaĵoj, komence de la 1980-aj jaroj, Toyota esploris produktadon de adiabata ceramika motoro je funkcianta temperaturo de ĉirkaŭ 3300 °C. Ceramikaj motoroj ne postulas malvarmigan sistemon kaj pro tio ebligas pli grandan pezoredukton kaj tial pli grandan energiefikon. En konvencia metala motoro, multo de la energio liberigita el la brulaĵo devas esti elĉerpita kiel varmorubo por eviti fandigon de la metalaj partoj. Oni laboras ankaŭ por disvolvigi ceramikajn partojn por gasturbinaj motoroj. Turbinmotoroj faritaj el ceramiko povus funkcii pli efike, havigante al aviado pli grandan atingon kaj ŝparon de la necesa kvanto de brulaĵo. Tiaj motoroj ne estas produktataj, tamen, ĉar la fabrikado de ceramikaj partoj kun sufiĉaj precizeco kaj daŭreblo estas malfacila kaj multekosta. Procezmetodoj ofte rezultas en ampleksa distribuado de mikroskopaj mankoj kiuj ofte ludas damaĝan rolon en la varm-ariga procezo, rezulte en la pliigego de fendoj, kaj finfine de mekanika malsukceso.

Vitroceramiko

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Vitroceramiko.

Povega vitroceramika kuirmaŝino kun apenaŭa termika dilato.

Vitroceramikaj materialoj kunhavas multajn ecojn kaj kun nekristalaj vitroj kaj kun kristala ceramiko. Ili estas formitaj kiel vitro, kaj tiel parte kristaligitaj per varmotraktado, produktante kaj amorfajn kaj kristalajn fazojn tiel ke kristalgrajnoj estas trempitaj ene de nekristala intergrajna fazo.

Vitroceramiko estas uzata por fabriki kuirujojn (origine konataj per la markonomo "CorningWare") kaj kuirmaŝinojn kiuj havas kaj altan reziston al la varmofrapo kaj ekstreme malaltan permeablecon al likvaĵoj. La negativa koeficiento de varmodilato de la kristalceramika fazo povas esti ekvilibrita per la pozitiva koeficiento de la vitra fazo. Je ia punkto (~70% kristala) la vitroceramiko havas koeficienton de termika dilato proksiman al nulo. Tiu tipo de vitroceramiko montras elstarajn mekanikajn ecojn kaj povas elteni ripetitajn kaj rapidajn temperaturŝanĝojn ĝis 1000 °C.

Vitroceramiko povas aperi ankaŭ nature kiam fulmo frapas la kristalajn grajnojn (ekz. el kvarco) kiuj troviĝas en plej el la sablo de strandoj. Tiuokaze, la ekstrema kaj tuja varmo de la fulmo (~2500 °C) kreas malplenajn, branĉecajn, radikformajn strukturojn nomitajn fulgurito pere de fuzio.

Organikaj solidoj

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Organika kemio.

Unuopaj lignopulpaj fibroj en tiu samplo estas ĉirkaŭ 10 µm de diametro.

Organika kemio studas la strukturon, ecojn, komponon, reakciojn kaj preparadon per sintezo (aŭ aliaj rimedoj) de kemiaj komponoj de karbono kaj hidrogeno, kiuj povas enhavi nombrajn aliajn elementojn kiel nitrogeno, oksigeno kaj la halogenojn: fluoro, kloro, bromo kaj jodo. Kelkaj organikaj komponaĵoj povas enhavi ankaŭ elementojn fosforo aŭ sulfuro. Ekzemploj de organikaj solidoj estas ligno, parafina vakso, naftaleno kaj ampleksa vario de polimeroj kaj plastoj.

Ligno

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Ligno.

Ligno estas natura organika materialo konsistanta ĉefe el fibroj de celulozo enmetitaj en mikso de lignino. Pri ties mekanikaj ecoj, la fibroj estas fortaj en tensio, kaj la lignina arigilo rezistas la kunpremadon. Tiel ligno estis grava konstrumaterialo ekde kiam homoj ekkonstruis ŝirmejojn kaj ekuzis boatojn. En konstruado, ligno estas ne nur struktura materialo, sed ĝi estas uzata ankaŭ por formi la muldilon por la cemento.

Ligno-bazaj materialoj estas ankaŭ etende uzataj por pakado (ekz. por kartono) kaj papero, kiuj estas ambaŭ kreitaj el rafinita lignopulpo. La kemia pulpigaj procezoj uzas kombinon de alta temperaturo kaj alkalaj (pakopapero) aŭ acidajn (sulfito) kemiaĵojn por rompi la kemiajn ligilojn de la lignino antaŭ dispecigi la lignon.

Polimeroj

Bildo de mem-arigitaj supermolekulaj ĉenoj de la organika duonkonduktanto kvinakridono sur grafito.

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Polimero.

Grava eco de karbono en organika kemio estas ke ĝi povas formi kelkajn komponojn, kies unuopaj molekuloj estas kapablaj ligiĝi unu al alia, tiel formante ĉenon aŭ reton. La procezo estas nomata polimerigo kaj la ĉenoj aŭ retoj estas nomataj polimeroj, dum la komponfonto estas monomero (unumero). Du ĉefaj grupoj de polimeroj ekzistas: tiuj artefarite fabrikitaj estas referencataj kiel industriaj polimeroj aŭ sintezaj polimeroj (nome plastoj) kaj tiuj nature ekzistantaj kiel biopolimeroj.

Monomeroj povas havi variajn kemiajn surogatojn, aŭ funkciajn grupojn, kio povas efiki super la kemiajn ecojn de la organikaj komponoj, kiel la solvebleco kaj la kemia reaktiveco, same kiel la fizikajn fizikajn ecojn, kiel la dureco, denseco, mekanika aŭ tensia forto, abrazirezistado, varmorezistado, travidebleco, koloro ktp. En proteinoj, tiuj diferencoj havigas al la polimero la kapablon adopti biologie aktivan kongruon en la prefero al aliaj.

Hejmaj aĵoj faritaj el variaj tipoj de plasto.

La homoj estis uzantaj naturajn organikajn polimerojn dum jarcentoj en la formo de vaksoj kaj ŝelako, kiu estas klasita kiel termoplasta polimero. Planta polimero nomita celulozo havigis la tensian forton por naturaj fibroj kaj ŝnuroj, kaj komence de la 19-a jarcento natura gumo estis tre disvastigite uzata. Polimeroj estas la krudaj materialoj (nome rezinoj) uzitaj por fari tion kio estas komune nomata plasto. Plastoj estas la fina produkto, kreita post unu aŭ pliaj polimeroj aŭ aldonaĵoj estis aldonitaj al rezino dum la procezado, kio estas poste metita en fina formo. Polimeroj kiuj estis kaj estas aktuale en nuntempa disvastigita uzado estas karbon-bazitaj polietileno, polipropileno, polivinil-klorido, polistireno, nilonoj, poliesteroj, akrilikoj, poliuretano, kaj polikarbonatoj, kaj silici-bazitaj silikonoj. Plastoj estas ĝenerale klasitaj kiel "varaj", "specialaj" kaj "inĝenieraj" plastoj.

Komponitaj materialoj

Simulaĵo de la ekstero de kosmoŝipo Space Shuttle kiam ĝi varmiĝas ĝis super 1500 °C dum la re-eniro.

Tolo de teksitaj karbonfibraj fadenoj, ofta elemento en komponitaj materialoj.

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Kompozita materialo.

Komponitaj materialoj enhavas du aŭ pliajn makroskopajn fazojn, el kiuj unu estas ofte ceramika. Por ekzemplo, kontinua arigilo, kaj disigita fazo de ceramikaj partikloj aŭ fibroj.

Aplikebloj de komponitaj materialoj gamas el strukturaj elementoj kiel ŝtal-plifortigita cemento, ĝis la varmizolaj kaheloj kiuj ludas ŝlosilan kaj integran rolon en la varmoprotekta sistemo en la kosmoŝipo Space Shuttle, kio estas uzata por protekti la surfacon de la kosmoŝipo el la varmo de la re-eniro en la atmosferon de la Tero. Unu ekzemplo estas la Karbonfibre Plifortigita Karbono (KPK), nome la helgriza materialo kiu rezistas eeenirajn temperaturojn ĝis 1510 °C kaj protektas la bekon kaj ĉefajn bordojn de la flugiloj de la "Space Shuttle". KPK estas lamenigita komponmaterialo farita el tolo de grafita rajono kaj trempita el fenol-formaldehida rezino. Traktita je alta temperaturo en aŭtoklavo, la lamenigitaĵo estas pirolizita ĝis konverto de la rezino en karbono, trempita per furfurala alkoholo en vakuejo, kaj traktita/pirolizita ĝis konverti la furfuralan alkoholon en karbono. Por havigi reziston al oksidiĝo por reuzkapablo, la eksteraj tavoloj de la KPK estas konvertitaj en silicia karbido.

Hejmaj ekzemploj de komponitaj materialoj povas esti vidataj en la "plastaj" skatoloj de la televidaparatoj, de la poŝtelefonoj kaj tiel plu. Tiuj plastaj ujoj estas kutime el komponita materialo formita de varmoplasta arigilo kiel akrilonitrilbutadiena stireno (ABS) en kiu la kreto el kalcia karbonato, talko, vitrofibroj aŭ karbonfibroj estis aldonitaj por plifortigo kaj por la elektro-stata disigo. Tiuj aldonoj povas esti referencataj kiel plifortigaj aŭ disigaj fibroj, depende de siaj celoj.

Tiel, la ariga materialo ĉirkaŭas kaj subtenas la plifortigajn materialojn eltenante ties relativajn poziciojn. La plifortigaĵoj havigas siajn specialajn mekanikajn kaj fizikajn ecojn por plibonigi la ecojn de la ariga materialo. Sinergio okazigas, ke la materialaj ecoj estas nedisponeblaj el la unuopaj konstituantaj materialoj, dum la ampleksa vario de la ariga materialo kaj la plifortigaj materialoj havigas la dezajniston per la elekteblo por optimuma kombino.

Duonkonduktantoj

Duonkonduktanta blato sur kristala silicia subtavolo.

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Duonkonduktanto.

Duonkonduktantoj estas materialoj kiuj havas elektran rezisteblon (kaj kondukeblon) inter tiu de metalaj konduktantoj kaj ne-metalaj izoliloj. Ili estas troveblaj en la perioda tabelo irante diagonale malsupren rekten el boro. Ili separas la elektrajn konduktantojn (aŭ metaloj, maldekstre) el la izoliloj (dekstre).

Aparatoj faritaj el duonkonduktantaj materialoj estas la fundamento de la moderna elektroniko, kiel la radio, komputiloj, telefonoj ktp. Duonkonduktantaj aparatoj estas la transistoro, la sunĉeloj, la diodoj kaj integritaj cirkvitoj. Sunaj fotovoltaikaj paneloj estas grandaj duonkonduktantaj aparatoj kiuj rekte konvertas lumon en elektra energio.

En metala konduktanto, la kurento estas portita per la "fluo de elektronoj", sed en duonkonduktantoj, la kurento povas esti portata ĉu per elektronoj ĉu per la pozitive ŝarĝitaj "truoj" en la elektronika bendostrukturo de la materialo. Oftaj duonkonduktantaj materialoj estas la silicio, la germaniumo kaj la galiuma arsenido.

Nanomaterialoj

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Nanoteknologio.

Silicipeco (maldekstre) kaj silicia nanopolvo (dekstre).

Multaj tradiciaj solidoj montras diferencajn ecojn, kiam ili malpliiĝas ĝis nanometrajn malgrandojn. Por ekzemplo, nanopartikloj de kutime flava oro kaj griza silicio estas ruĝaj; oraj nanopartikloj fandiĝas je multe pli malaltaj temperaturoj (~300 °C for 2.5 nm grande) ol la orblokoj (1064 °C); kaj metalaj nanokabloj estas multe pli fortaj ol la korespondaj metalpecoj. La granda surfaca areo de nanopartikloj faras ili tre altiraj por kelkaj aplikaĵoj en la kampo de energio. Por ekzemplo, platenaj metalpecoj povas havigi plibonigon kiel kataliziloj por brulaĵoj de aŭtomobiloj, same kiel brulĉeloj de polimer-elektrolita membrano (PEM). Ankaŭ, ceramikaj oksidoj de lantano, cerio, mangano kaj nikelo estas nuntempe disvolvigitaj kiel brulbaterioj de solida oksido (SOFC). Nanopartikloj el litio, liti-titanato kaj tantalo estas nun aplikataj al liti-jonaj baterioj. Siliciaj nanopartikloj spektakle montris etendon de la stoka kapablo de la liti-jonaj baterioj dum la ciklo etendo/kuntirigo. Siliciaj nanokabloj ciklas sen grava degradado kaj prezentas la potencialon por uzado en baterioj kun grande etendigitaj stokotempoj. Siliciaj nanopartikloj estas uzataj ankaŭ en novaj formoj de sunenergiaj paneloj. Fajna filmometo de siliciaj kvantumaj punktoj sur la plurkristala silicia subtavolo de fotovoltaikaj sunpaneloj pliigas la produkton de voltado tiom multe kiom ĝis 60% per fluorigo de la venanta lumo antaŭ ties kapto. La surfaca areo de la nanopartikloj (kaj fajnaj filmoj) ludas kritikan rolon en la maksimumigo de la kvanto de absorbita radiado.

Biomaterialoj

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Biomaterialo.

Fibroj de kolageno el histo de osto.

Multaj naturaj (aŭ biologiaj) materialoj estas kompleksaj komponaĵoj kun rimarkindaj meĥanikaj ecoj. Tiuj kompleksaj strukturoj, kiuj aperis el centoj da milionoj de jaroj de evoluo, estas inspirante al fakuloj pri materialoj en la dezajno de novaj materialoj. Ties difinaj karakteroj estas struktura hierarkio, multfunkcia kaj memtraktiga kapablo. Ankaŭ mem-organizado estas fundamenta trajto de multaj biologiaj materialoj kaj de la maniero per kiu la strukturoj estas arigitaj el la molekula nivelo supren. Tiel, mem-arigado estas aperanta kiel nova strategio en la kemia sintezo de altproduktaj biomaterialoj.

Vidu ankaŭ

• la aliaj fazoj de materio: likvaĵo, gaso, plasmo
• Fandado
• Fazo de materio
• Frosto
• Ĝelo
• Kristalo
• Materistato
• Molekulo
• Solidstata kemio
• Supersolido

Literaturo

• Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Lehrbuch der Experimentalphysik. Band 6: Festkörper. 2., überarbeitete Auflage. Walter de Gruyter Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-11-017485-5.
• Walter Borchardt-Ott, Crystallography: An Introduction, Springer, 2011, ISBN 3-642-16452-8.
• A. Goel, Crystallography, Discovery Publishing House, 2006, ISBN 81-8356-170-5.
• Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29a eld., Dante Alighieri, 1987.
• Markus Schwoerer, Hans Christoph Wolf: Organische Molekulare Festkörper. Einführung in die Physik von pi-Systemen. Viley-VCH Verlag, Weinheim 2005, ISBN 3-527-40539-9.
• En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Sólido en la hispana Vikipedio.
• En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Solid en la angla Vikipedio.