ما هي هندسة المواد؟
كانت المواد الجديدة من بين أعظم الإنجازات في كل عصر وكانت أساسية للنمو والازدهار والأمن ونوعية حياة البشر منذ بداية التاريخ، المواد الجديدة دائمًا هي التي تفتح الباب أمام التقنيات الجديدة، سواء كانت في الهندسة المدنية أو الكيميائية أو الإنشاءات أو النووية أو الجوية أو الزراعية أو الميكانيكية أو الطبية الحيوية أو الكهربائية.
يستمر علماء ومهندسو المواد في أن يكونوا في طليعة كل هذه المجالات والعديد من مجالات العلوم الأخرى أيضًا، يؤثر علم وهندسة المواد على حياتنا في كل مرة نشتري أو نستخدم جهازًا أو آلة أو هيكلًا جديدًا، ينبع تعريف المجال الأكاديمي لعلوم وهندسة المواد من إدراك يتعلق بكل تطبيق للمواد: خصائص المادة هي التي تعطي قيمة، حيث يمكن اختيار مادة لقوتها، أو خصائصها الكهربائية، أو مقاومتها للحرارة أو التآكل، أو لمجموعة من الأسباب الأخرى، لكنها كلها تتعلق بالممتلكات.
تُظهر التجربة أن جميع الخصائص المفيدة للمادة ترتبط ارتباطًا وثيقًا ببنيتها، على جميع المستويات، بما في ذلك الذرات الموجودة، وكيفية انضمام الذرات، وكيفية ترتيب مجموعات الذرات في جميع أنحاء المادة، والأهم من ذلك أننا نتعلم كيف يتم التحكم في هذه البنية والخصائص الناتجة عن طريق معالجة المادة.
أخيرًا، يجب أن تؤدي المواد مهامها بطريقة اقتصادية ومسؤولة اجتماعيًا، إن فهم العلاقات بين الخصائص والهيكل والمعالجة والأداء يجعل مهندس المواد سيد الكون الهندسي.
في معظم الجامعات في هذه الأيام، تتم دراسة المواد في قسم علوم وهندسة المواد، وهو الاسم الذي أصبح موحدًا بشكل تدريجي منذ أن تمت صياغته لأول مرة في جامعة نورث وسترن، في الستينيات، حيث أسلاف كل هذه الأقسام في علوم وهندسة المواد، كانوا عادةً أقسامًا من علم المعادن، وهندسة المعادن والتعدين والسيراميك، وما إلى ذلك. ونعم، كانت هذه مدرسة هندسة المعادن في عام 1959 (عندما أصبحت مستقلة عن كلية الهندسة الكيميائية) واعتمدت اسمها الحالي في عام 1973.
شاشات الهاتف التي لا تُخدش في جيبنا ولكنها تعرف متى تلمسها أصابعنا، “تشكيل الذاكرة” الأجهزة الطبية الحيوية التي تنقذ وتعالج الناس من أي وقت مضى أصغر وأخف وزنًا، وبطاريات ذات تصميم خارق والسبائك الاصطناعية المتنوعة من الناحية التركيبية للمحركات فائقة الكفاءة أو التطبيقات الفضائية ذات درجات الحرارة العالية والقوة العالية، كل هذه التقنيات ما هي إلا تطورات في هندسة المواد، سواء كنا نرغب في الحصول على وظيفة مجزية مالياً وشخصياً في الصناعة، أو البحث والتطوير مدى الحياة في طليعة العلوم والتكنولوجيا، فإن هندسة المواد لديها فرص مثيرة ومؤثرة بالنسبة لهذا.
يحل مهندسو المواد المشكلات، يعمل مهندسو المواد في المصانع والمختبرات البحثية والعملاء والمصممين والشركات الصغيرة والكبيرة، نحن نعمل على إنشاء طرق جديدة تمامًا للقيام بالأشياء، وكمحققين يحاولون معرفة سبب عدم عمل نظام معين.
حيث إن أحد الجوانب الأكثر إثارة في هندسة المواد هي أنها لا تركز على مجال تطبيق واحد أو منتج واحد، بل تركز على المواد نفسها، السيارات والفضاء والطب الحيوي وتوليد الطاقة وتخزينها والإلكترونيات والاتصالات، كما تعتمد جميع مجالات التكنولوجيا والطب على وجود مواد يمكنها القيام بما هو مطلوب.
يستخدم مهندسو المواد الرياضيات والفيزياء والكيمياء كأدوات لاستكشاف كيفية عمل المواد وفهمها والتحكم فيها، حيث يطبقوا هذه المعرفة لتصميم مواد جديدة، وتحديد المواد الحالية المثلى وتقنيات المعالجة، وشرح سبب فشل المواد.
أهمية مواد البناء:
كل شيء حولنا يكون مصنوع من شيء ما، حيث يبحث علماء المواد في كيفية أداء المواد ولماذا تفشل في بعض الأحيان، من خلال فهم بنية المادة من المقياس الذري إلى مقياس المليمتر، ابتكروا طرقًا جديدة لدمج العناصر الكيميائية في مواد ذات خصائص وظيفية غير مسبوقة، حيث تعتمد الفروع الأخرى للهندسة بشكل كبير على علماء ومهندسي المواد للمواد المتقدمة المستخدمة في تصميم وتصنيع المنتجات، مثل السيارات الأكثر أمانًا مع عدد أميال أفضل من الغاز وأجهزة الكمبيوتر الأسرع ذات السعات الكبيرة على القرص الصلب والإلكترونيات الأصغر وأجهزة استشعار الكشف عن التهديدات وأجهزة حصاد الطاقة المتجددة وأفضل الأجهزة الطبية.
يعمل علماء المواد مع أنواع مختلفة من المواد (على سبيل المثال، المعادن والبوليمرات والسيراميك والبلورات السائلة والمركبات) لمجموعة واسعة من التطبيقات (مثل الطاقة والبناء والإلكترونيات والتكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو) التي تستخدم مبادئ المعالجة والاكتشاف الحديثة على سبيل المثال الصب والتصنيع الإضافي والطلاء والتبخر ومعالجة البلازما والإشعاع والذكاء الاصطناعي والمحاكاة الحاسوبية.
