Materijal

Materijal je čvrsta stvar koja ima masu i zauzima prostor. Uvjet da neka tvar bude materijal je taj da mora imati jedno ili više specifičnih svojstava koja ju čine materijalom (npr. električna vodljivost, otpornost na koroziju itd.). Materijali su čvrste tvari iz kojih su izrađeni proizvodi korisni za uporabu. Razumijevanje činjenice da se materijali ponašaju onako kako se ponašaju pod utjecajem okoline, te zašto imaju međusobno različita svojstva, bilo je moguće samo uz pomoć razumijevanja atomske građe tvari i prihvaćanja kvantne mehanike koja je definirala atome i čvrsta tijela negdje početkom tridesetih godina 20. stoljeća. Te su spoznaje omogućile odgovore na mnoga pitanja, pa i ona kako možemo promijeniti svojstva materijala, kako bismo dobili nešto bolje i jeftinije proizvode. Ili, kako novo uočena svojstva materijala korisno uporabiti, tj. pronaći im nova područja primjene.^[1]

Materijali se mogu podijeliti prema podrijeklu, vrsti, građi, svojstvima, primjeni itd.

Prema podrijeklu materijali se mogu podijeliti na:^[2]

• Prirodni materijali:

• metal,
• kamen,
• glina,
• drvo,
• vuna,
• svila,
• koža,
• krzno,
• pamuk, itd.

• Umjetni ili sintetski materijali:

• legura metala,
• polimer,
• poluvodič,
• supravodič,
• tehnička keramika,
• kompozit itd.

Metalni materijali i legure su anorganske tvari sastavljene od atoma kemijskih elemenata po karakteru metala povezanih međusobno metalnom vezom. Većina kemijskih elemenata u periodnom sustavu su metali. Primjer legura su mjed (legura bakra i cinka) i čelik (legura željeza i ugljika). Najviše ima legura kojima je osnovni element željezo.

Osnovna svojstva metala su:^[3]

• kristalna struktura,
• dobra električna i toplinska vodljivost,
• čvrstoća i žilavost,
• metalni sjaj.

Polimeri su velike molekule sastavljene od dijelova koji se ponavljaju (monomera) povezanih u dugačke lance. Iako se pojam polimer često koristi kao sinonim za plastiku, u polimere se u kemiji ubraja veliki broj prirodnih i umjetnih materijala s različitim svojstvima i namjenama. Najčešće se sastoje iz lanaca atoma ugljika, na kojima su vezani atomi vodika, kisika, dušika, sumpora, klora, itd.

Svojstva polimera su:

• struktura velike molekule (makromolekule); lanci uglavnom u nesređenom poretku,
• slaba električna vodljivost (tipični su izolatori),
• slaba toplinska vodljivost,
• mehanička svojstva su im različita i ovise o kemijskom sastavu i strukturi,
• neotporni su na visokim temperaturama,
• uglavnom su otporni na utjecaj različitih kemikalija.

Keramički materijali su anorganski materijali kristalne građe (stakla su amorfne građe), sastavljeni od atoma metalnih i nemetalnih kemijskih elemenata, koji su međusobno spojeni uglavnom kemijskim vezama (kovalentnim i/ili ionskim vezama). Osnovne karakteristike tih materijala su:

• kristalna ili amorfna (staklasta) građa,
• tvrdi su i krhki,
• slabo provode toplinu,
• uglavnom su izolatori,
• imaju dobra mehanička svojstva na visokoj temperaturi.

Kompoziti su materijali sastavljeni iz drugih, već gotovih materijala, uglavnom kao njihova mješavina, kako bi zajedno imali nova svojstva, tj. ona svojstva koja svaki materijal sam ne bi imao. Sastavljeni su iz najmanje dva materijala (komponente), jedna je komponenta osnovni materijal, a druga je komponenta materijal za očvršćivanje (npr. vlakna ili čestice).

Poluvodič (engl. semiconductor) je materijal koji ima električnu vodljivost u sredini između izolatora i vodiča. Poluvodič postaje izolator na vrlo niskim temperaturama, a na sobnoj temperaturi postaje električki vodljiv, iako je ta vodljivost znatno manja nego što je vodljivost vodiča. Najčešće korišteni poluvodički materijali su silicij, germanij, galijev arsenid i indijev fosfid.

Biomaterijali se primjenjuju u komponentama koje se ugrađuju u ljudsko tijelo, zbog zamjene ozlijeđenog ili bolesnog dijela tijela (npr. umjetni kuk). Sve navedene vrste materijala: metali, keramike, polimeri, kompoziti i poluvodiči mogu se koristiti kao biomaterijali. Ti materijali moraju biti netoksični, ne smiju korodirati, niti na drugi način reagirati s okolnim tkivom.

• Elektrotehnički materijali