วัสดุศาสตร์

บทความนี้กล่าวถึงสาขาวิชา สำหรับคัมภีร์ในศาสนาฮินดู ดูที่ วาสตุศาสตร์

วัสดุศาสตร์ (อังกฤษ: materials science) เป็นศาสตร์ที่ศึกษาคุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุและกระบวนการที่เกี่ยวข้อง ซึ่งอาศัยความรู้จากหลายสาขาวิชา เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา และธรณีวิทยา โดยมุ่งความสนใจไปที่คุณสมบัติต่าง ๆ ของวัสดุในสภาวะที่เป็นของแข็งอันได้แก่ โครงสร้าง ระดับอะตอมหรือโมเลกุลของวัสดุ คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ การนำความร้อน คุณสมบัติทางเคมี คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติที่ยอมให้แสงผ่าน หรือการผสมผสานกันของบางคุณสมบัติตามที่กล่าวมานี้ คุณสมบัติของวัสดุที่สังเกตง่ายและชัดเจนจะแสดงออกมาในรูปของคุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ ส่วนความแตกต่างในระดับโครงสร้างโมเลกุลและอะตอมจะต้องใช้เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนในการตรวจสอบ สำหรับการประเมินสมรรถนะของวัสดุจะเป็นพื้นฐานของงานวิศวกรรมที่จะนำวัสดุนั้น ๆ ไปใช้งาน ส่วนวิชาว่าด้วยวัสดุศาสตร์จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการความรู้ทางเทคโนโลยีของวัสดุสี่ส่วนซึ่งแต่ละส่วนจะเกี่ยวข้องเชื่อมโยงซึ่งกันและกันเป็นรูปสี่มุมสี่ด้าน (Tetrahedron) การนำวิชาการทางด้านวัสดุศาสตร์ไปใช้งานทางด้านวิศวกรรมอย่างกว้างขวางทำให้เกิดนิยามของวิชาการสาขานี้ใหม่เป็น"วัสดุศาสตร์และวิศวกรรม" วัสดุที่คิดค้นและประดิษฐ์ขึ้นใหม่ทำให้เกิดผลิตภัญฑ์ใหม่หรือไม่ก็เกิดอุตสาหกรรมใหม่ อุตสาหกรรมเหล่านี้จำเป็นต้องมีนักวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรสาขาวัสดุศาสตร์คอยดูแลแก้ไขปัญหาและวิจัยวัสดุใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง ในอุตสาหกรรมนักวัสดุศาสตร์จะมีบทบาทในส่วนของ การออกแบบวัสดุ (materials design) การประเมินค่าใช้จ่ายในการผลิตวัสดุนั้น ๆ ดูแลกระบวนการทางเทคนิคซึ่งประกอบด้วย การหล่อ, การม้วน, การเชื่อม, การใส่ประจุ, การเลี้ยงผลึก, การรอกฟิล์ม (thin-film deposition) , การเป่าแก้ว เป็นต้น และเทคนิคการวิเคราะห์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน, การเอกซเรย์ เป็นต้น

เซรามิกแบริง

ประเภทของวัสดุ

วัสดุศาสตร์สามารถแบ่งออกได้เป็นสาขาวิชาตามประเภทของวัสดุได้ดังนี้:

• โลหะ
• วัสดุผสม
• สารกึ่งตัวนำ
• เซรามิก
• พอลิเมอร์
• วัสดุชีวภาพ
• วัสดุเชิงก้าวหน้า
• วัสดุฉลาด

สาขาย่อยของวัสดุศาสตร์

• นาโนเทคโนโลยี --- วิทยาการที่ว่าด้วยการศึกษาและการสังเคราะห์วัสดุในระดับอะตอมหรือโมเลกุล (วัสดุนาโน) ซึ่งมีขนาดเล็กมากโดยจะวัดขนาดของโครงสร้างอะตอมและโมเลกุลเป็นนาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 0.0000000001 เมตร) ดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่ (หน่วยเอสไอ)
• ผลิกศาสตร์ --- การศึกษาคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของผลึกซึ่งประกอบด้วย
  • ความผิดปกติของผลึก, เช่นความผิดปกติของเม็ดผลึกทำให้คุณสมบัติทางฟิสิกส์เปลี่ยนแปลงไป
  • ดิฟแฟรคชั่น เทคนิค เช่น เอกซเรย์ คริสตัลโลกราฟฟี, ซึ่งใช้สำหรับ ส่วน พิสูจน์เอกลักษณ์
• โลหะวิทยา --- การศึกษาเกี่ยวกับโลหะ
• เซรามิก, สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วน ดังนี้
  • เซรมิกอิเลคโทนิค เช่น เซมิคอนดักเตอร์ และ
  • เซรมิกโครงสร้าง เช่น RCC, โพลี่คริสตัลลีน ซิลิคอนคาร์ไบด์ และ เซรามิกส์ที่ทนต่อการเปลี่ยนสภาพ
• วัสดุชีวภาพ --- วัสดุที่สามารถใช้ในร่างกายมนุษย์ได้
• ไทรโบโลยี --- การศึกษาหน้าสัมผัสของวัสดุที่เกี่ยวกับความเสียดทานและปัจจัยอื่น ๆ
• รีโอโรจี วิชาว่าด้วยการไหลของวัสดุ เช่น fluid dynamics, Continuum mechanics และ granular material

ดูเพิ่ม

• วิศวกรรมวัสดุ - ศึกษาเกี่ยวกับการออกแบบวัสดุ เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรม

อ้างอิง

• Ashby, Michael; Hugh Shercliff and David Cebon (2007). Materials: engineering, science, processing and design (1st ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.