Materiaalkunde heeft een sleutelrol gespeeld in de historische ontwikkeling van de mensheid en zal een aanzienlijke impact hebben op toekomstige innovatieve technologieën en maatschappelijke veranderingen.
Van het verleden naar de toekomst. De titel van dit artikel is zo clichématig dat je het waarschijnlijk minstens één keer in je leven hebt gezien. Wat is in hemelsnaam verleden naar toekomst? Als je moeite hebt met het bedenken van een definitief antwoord, denk dan aan de tijdspanne van de geboorte van onze soort tot het heden. Als je gevraagd zou worden om de belangrijkste technische prestaties in de menselijke geschiedenis te noemen, wat zouden mensen die nu leven dan zeggen? Het antwoord is natuurlijk niet in steen gebeiteld. Ondanks het ontbreken van een antwoord, kan ik met zekerheid zeggen dat de belangrijkste techniek die de menselijke geschiedenis heeft beïnvloed, materiaalkunde is. Dit komt niet per se doordat ik gespecialiseerd ben in materiaalkunde. Materialen hebben historisch en sociaal gezien een zeer belangrijke rol gespeeld.
Zoals studenten van de geesteswetenschappen en sociale wetenschappen goed weten, worden periodes in de menselijke geschiedenis over het algemeen verdeeld in drie periodes op basis van bepaalde criteria. Dat criterium is materiaal. Steen, brons en ijzer (en dat is nog steeds zo). Dit kan wat vragen oproepen. Hoe komt het dat moderne mensen zo intelligent zijn, zoveel materialen kennen en hebben ontwikkeld, maar dat we nog steeds vastzitten aan ijzer, vergeleken met de overgang van steen naar brons, of van brons naar ijzer? Ter vergelijking: de overgang van steen naar brons wordt geschat op ongeveer de 20e eeuw v.Chr. en de overgang van brons naar ijzer op ongeveer de 4e-5e eeuw v.Chr. Met andere woorden, we gebruiken metalen materialen pas een paar duizend jaar, maar we gebruiken steen al tienduizenden jaren. We ontdekten ijzer, een materiaal dat extreem waardevol is geworden. Tegenwoordig zijn metalen zoals koper en aluminium superieur aan ijzer in termen van elektrische geleidbaarheid, dichtheid en corrosiebestendigheid, maar ze moeten het nog volledig vervangen in termen van materiaaleigenschappen zoals sterkte en taaiheid, evenals economie.
In het vorige gedeelte hebben we gezien hoe materialen zo'n diepgaande impact hebben gehad op ons verleden en hoe ze zijn geëvolueerd. Het is een onmiskenbaar historisch feit dat de ontwikkeling van materialen tot veel vooruitgang in de menselijke kennis heeft geleid. De geschiedenis van de mensheid is verrijkt door de ontwikkeling van materialen in het verleden, en dit zal in de toekomst niet veranderen. Hoe dichter we bij de moderne tijd komen, hoe sneller het tempo van de kennis zich ontwikkelt. Vooral in de 20e eeuw is een enorme hoeveelheid kennis verzameld en georganiseerd, niet alleen op het gebied van de natuurkunde, maar ook op het gebied van de wetenschap in het algemeen. Naarmate de wetenschappelijke vooruitgang voortduurde, nam ook de technologische vooruitgang toe, vooral op het gebied van materialen, waar veel ontdekkingen en uitvindingen werden gedaan. Toen mensen bijvoorbeeld voor het eerst vliegtuigen uitvonden en de lucht in gingen, waren het de lichtheid en sterkte van de gebruikte materialen die deze mogelijk maakten. Deze vooruitgang bracht al snel een revolutie teweeg in de manier waarop we leven en de structuur van de samenleving.
Tegenwoordig zijn er veel verschillende takken van techniek. Werktuigbouwkunde, elektrotechniek, computertechniek, chemische technologie, biologische technologie, scheepsbouw, luchtvaarttechniek, bouwkunde, milieutechniek, enzovoort, die allemaal te belangrijk zijn om op te noemen en te beschrijven. En materiaalkunde kan worden gezien als de basis van al deze vakgebieden. Werktuigbouwkunde, elektrotechniek, chemie, biomaterialen, architectuur, scheepsbouw en luchtvaarttechniek vereisen allemaal materialen, en materialen spelen een zeer belangrijke rol als basis voor hun techniek. De discipline materiaalkunde is verdeeld in drie hoofdtakken: metallurgie, keramiek en vezelpolymeren, wat ook een manier is om de materialen die in de wereld bestaan te categoriseren.
Laten we eens kijken naar de materialen die tot nu toe zijn ontdekt. Sommige zijn eenvoudige materialen, terwijl andere optische vezels, halfgeleiders, legeringen zoals duraluminium, lcd-schermen en biomaterialen die worden gebruikt als kunstmatige organen omvatten. En dan zijn er nog de materialen waarvan je waarschijnlijk hebt gehoord, van amoled, dat wordt gebruikt in onlangs gecommercialiseerde mobiele telefoons, tot grafeen, een materiaal dat niet alleen belangrijk is in de natuurkunde, maar ook in materiaalkunde en -techniek, en dat werd bestudeerd door de Nobelprijswinnaars voor natuurkunde van vorig jaar. De laatste twee worden vaak aangeduid als "opkomend" omdat ze relatief nieuw zijn in vergelijking met andere materialen, ook al zijn ze al een tijdje ontdekt en bestudeerd. Om deze reden gebruiken andere universiteiten vaak de term "nieuwe-materiaaltechniek" om te verwijzen naar hoofdvakken die vergelijkbare onderwerpen bestuderen. Bovendien weten niet-technische hoofdvakken vaak niet eens wat "materialen" betekent in de naam van materiaalkunde. Aan de andere kant, wanneer uitgelegd in het Engels, is de betekenis van materiaal nauwer dan materiaal, dus het wordt gemakkelijker geaccepteerd dan materiaalkunde. In feite is het woord materiaal veel breder dan nieuwe materialen en omvat het niet alleen techniek en technologie, maar ook basiswetenschap, dus ik denk dat materiaalkunde en -techniek de juiste positie is om te studeren en onderzoek te doen in dit veld.
Ik heb hierboven vermeld dat materialen in drie hoofdtypen worden gecategoriseerd. Ze worden in principe gecategoriseerd in metalen, keramiek en polymeren, die allemaal verschillende materiaaleigenschappen hebben en op verschillende manieren worden gebruikt. Van vroeger tot nu zijn veel materialen die door de mensheid zijn ontdekt of uitgevonden overal om ons heen geweest, die ons leven hebben verrijkt en verrijkt, waardoor we meer kunnen leren en meer dingen mogelijk hebben gemaakt. Als we bijvoorbeeld meer microscopische dingen willen observeren, moeten we gereedschappen maken om ze te observeren, en om die gereedschappen te maken, moeten we de juiste materialen voor ze kunnen maken. Als we satellieten de ruimte in willen sturen, moeten we materialen ontwikkelen die stabiel kunnen blijven in de ruimte, en als we de oceaanbodem op grote diepte willen verkennen, moeten we materialen uitvinden die duurzaam genoeg zijn om extreem hoge waterdruk te weerstaan en niet worden gecorrodeerd door zeewater. Dit is hoe de mensheid materialen heeft onderzocht en ontwikkeld, en dat zal in de toekomst zo blijven.
De toekomst van de materiaalkunde zal de grenzen verleggen en de mogelijkheden van nieuwe materialen verkennen. Materiaalkunde in combinatie met nanotechnologie kan bijvoorbeeld materialen creëren met eigenschappen die nog nooit eerder zijn bedacht. Dit zal een revolutie teweegbrengen op vele terreinen, waaronder de gezondheidszorg, het milieu en de telecommunicatie. Bovendien zal de ontwikkeling van milieuvriendelijke materialen met duurzaamheid in het achterhoofd ons leven gezonder en veiliger maken. Materiaalkunde zal een sleutelrol spelen bij de opslag en conversie van energie, milieubescherming, biotechnologie en meer, en zal bijdragen aan het oplossen van enkele van de belangrijkste problemen van de toekomst.
Het gebied van materiaalkunde en -techniek bestaat al sinds het begin van onze soort en zal in de toekomst alleen maar belangrijker worden. De ontwikkeling van nieuwe materialen is een natuurlijke vooruitgang, vooral in het licht van de energie- en milieu-uitdagingen van vandaag. Het vakgebied materiaalkunde wint aan belang in de academische wereld, en niet te vergeten in het echte leven. Zoals de titel suggereert, is materiaalkunde van het verleden tot de toekomst de basis van alle techniek, leidt het andere disciplines en zal het blijven evolueren totdat we in staat zijn te realiseren wat de mensheid zich kan voorstellen. En ik denk dat dit is wat ik, als ingenieursstudent met als hoofdvak materiaalkunde, in de toekomst zou moeten doen.
