Materialvitenskap har spilt en nøkkelrolle i menneskehetens historiske utvikling og vil ha en betydelig innvirkning på fremtidige innovative teknologier og sosiale endringer.
Fra fortid til fremtid. Tittelen på denne artikkelen er så klisjéaktig at du sannsynligvis har sett den minst én gang i livet ditt. Hva i all verden er fortid til fremtid? Hvis du har problemer med å komme med et definitivt svar, tenk på tidsrommet fra artens fødsel til i dag. Hvis du ble bedt om å nevne de viktigste ingeniørprestasjonene i menneskehetens historie, hva ville folk som lever i dag sagt? Svaret er selvfølgelig ikke hugget i stein. Til tross for mangelen på et svar, kan jeg si med sikkerhet at den viktigste ingeniørkunsten som har påvirket menneskets historie er materialteknikk. Dette er ikke nødvendigvis fordi jeg spesialiserer meg på materialteknikk. Materialer har spilt en svært viktig rolle historisk og sosialt.
Som studenter av humaniora og samfunnsvitenskap er godt klar over, er perioder av menneskets historie generelt delt inn i tre perioder basert på visse kriterier. Det kriteriet er vesentlig. Stein, bronse og jern (og fortsatt i dag). Dette kan reise noen spørsmål. Hvorfor er det slik at moderne mennesker er så intelligente, kjenner og har utviklet så mange materialer, men vi sitter fortsatt fast med jern, sammenlignet med overgangen fra stein til bronse, eller fra bronse til jern? Til sammenligning er overgangen fra stein til bronse beregnet til å være rundt 20-tallet f.Kr., og overgangen fra bronse til jern er rundt 4.-5. århundre f.Kr. Med andre ord har vi brukt metallmaterialer i bare noen få tusen år, men vi har brukt stein i titusenvis av år. Vi oppdaget jern, et materiale som har blitt ekstremt verdifullt. I dag er metaller som kobber og aluminium overlegne jern når det gjelder elektrisk ledningsevne, tetthet og korrosjonsmotstand, men de har ennå ikke erstattet det fullt ut når det gjelder materialegenskaper som styrke og seighet, samt økonomi.
I den forrige delen har vi sett hvordan materialer har hatt en så dyp innvirkning på fortiden vår og hvordan de har utviklet seg. Det er et ubestridelig historisk faktum at utviklingen av materialer har ført til mange fremskritt innen menneskelig kunnskap. Menneskehetens historie har blitt beriket av utviklingen av materialer i fortiden, og dette vil ikke endre seg i fremtiden. Jo nærmere vi kommer moderne tid, desto raskere går kunnskapstakten frem, og spesielt på 20-tallet har en enorm mengde kunnskap akkumulert og organisert, ikke bare innen fysikk, men i vitenskap generelt. Etter hvert som vitenskapelige fremskritt fortsatte, gjorde også teknologiske fremskritt, spesielt innen materialer, som så mange oppdagelser og oppfinnelser. For eksempel, da mennesker først oppfant fly og tok til himmelen, var det lettheten og styrken til materialene som ble brukt for å gjøre dem mulige. Disse fremskrittene revolusjonerte snart måten vi lever på og samfunnets struktur.
I dag er det mange forskjellige grener innen ingeniørfag. Maskinteknikk, elektroteknikk, datateknikk, kjemiteknikk, biologisk teknikk, skipsbygging, luftfartsteknikk, arkitektonisk teknikk, miljøteknikk og så videre, som alle er for viktige til å liste opp og beskrive. Og materialvitenskap kan sees på som grunnlaget for alle disse feltene. Mekanisk, elektrisk, kjemisk, biomaterialer, arkitektonisk, skipsbygging og luftfartsteknikk krever alle materialer, og materialer spiller en svært viktig rolle som grunnlag for deres konstruksjon. Disiplinen materialteknikk er delt inn i tre hovedgrener: metallurgi, keramikk og fiberpolymerer, som også er en måte å kategorisere materialene som finnes i verden.
La oss ta en titt på materialene som har blitt oppdaget så langt. Noen er enkle materialer, mens andre inkluderer optiske fibre, halvledere, legeringer inkludert duralumin, flytende krystallskjermer og biomaterialer som brukes som kunstige organer. Og så er det de du sikkert har hørt om, fra amoled, som brukes i nylig kommersialiserte mobiltelefoner, til grafen, et materiale som er viktig ikke bare innen fysikk, men også innen materialvitenskap og ingeniørfag, og som ble studert av fjorårets nobelprisvinnere i fysikk. De to sistnevnte blir ofte referert til som "fremvoksende" fordi de er relativt nye sammenlignet med andre materialer, selv om de har blitt oppdaget og studert en stund. Av denne grunn bruker andre universiteter ofte begrepet "nymaterialteknikk" for å referere til hovedfag som studerer lignende emner. I tillegg vet ikke-ingeniørfag ofte ikke engang hva "materialer" betyr i materialteknikkens navn. På den annen side, når forklart på engelsk, er betydningen av materiale smalere enn materiale, så det er lettere akseptert enn materialteknikk. Faktisk er ordet materiale mye bredere enn nye materialer og inkluderer ikke bare ingeniørvitenskap og teknologi, men også grunnleggende vitenskap, så jeg tror at materialvitenskap og ingeniørfag er den rette posisjonen for å studere og forske på dette feltet.
Jeg nevnte ovenfor at materialer er kategorisert i tre hovedtyper. De er i utgangspunktet kategorisert i metaller, keramikk og polymerer, som alle har forskjellige materialegenskaper og brukes på forskjellige måter. Fra fortiden til nåtiden har mange materialer oppdaget eller oppfunnet av menneskeheten vært rundt oss, beriket og beriket livene våre, slik at vi kan lære mer og gjøre flere ting mulig. For eksempel, hvis vi ønsket å observere mer mikroskopiske ting, ville vi trenge å lage verktøy for å observere dem, og for å lage disse verktøyene, måtte vi være i stand til å lage de riktige materialene for dem. Skal vi sende satellitter ut i rommet, må vi utvikle materialer som kan forbli stabile i rommet, og hvis vi vil utforske havbunnen på store dyp, må vi finne opp materialer som er holdbare nok til å tåle ekstremt høyt vanntrykk og ikke bli korrodert av sjøvann. Slik har menneskeheten forsket på og utviklet materialer, og det vil den fortsette å gjøre i fremtiden.
Fremtiden for materialvitenskap vil flytte grensene og utforske mulighetene for nye materialer. For eksempel kan materialvitenskap kombinert med nanoteknologi skape materialer med egenskaper som aldri har vært forestilt før. Dette vil revolusjonere mange felt, inkludert helsevesen, miljø og telekommunikasjon. I tillegg vil utviklingen av miljøvennlige materialer med bærekraft i tankene gjøre livene våre sunnere og tryggere. Materialvitenskap vil spille en nøkkelrolle innen energilagring og -konvertering, miljøvern, bioteknologi med mer, og vil bidra til å løse noen av fremtidens viktigste problemer.
Feltet materialvitenskap og ingeniørfag har eksistert siden begynnelsen av vår art og vil bare bli viktigere i fremtiden. Utvikling av nye materialer er en naturlig fremgang, spesielt i lys av dagens energi- og miljøutfordringer. Feltet materialteknikk får stadig større betydning i akademia, for ikke å nevne i det virkelige liv. Som tittelen antyder, fra fortid til fremtid, er materialteknikk grunnlaget for all ingeniørkunst, som leder andre disipliner, og vil fortsette å utvikle seg til vi er i stand til å innse hva menneskeheten kan forestille seg. Og jeg tror det er det jeg som ingeniørstudent med hovedfag i materialteknikk bør gjøre i fremtiden.
