مـاده:
تمام موادي را كه جهان از آن تركيب يافته است بر روي هم ماده مي‌گوييم ماده را مي‌توان به صورت چيزي تعريف كرد كه جرم دارد و فضا اشغال مي‌كند . جرم پيمانه‌اي از كميت ماده است جسمي كه تحت تأثير نيروي خارجي نيست مايل است كه به حال سكون بماند و اگر در حال حركت باشد مايل است كه به حركت يكنواخت خود در همان جهتي كه دارد ادامه دهد اين خاصيت (اينرسي ) ناميده مي‌شود.
وزن ماده:
جرم يك جسم تغيير ناپذير است اما وزن ن چنين نيست وزن نيروي جاذبه گرانشي است كه از طرف زمين بر جسم وارد مي‌شود بنابراين وزن يك جسم معين بر حسب فاصله آن از مركز زمين تغيير مي‌كند وزن جسم با جرم آن و با جاذبه گرانشي زمين نسبت مستقيم دارد.
بنابراين در هر جاي معين دو جسم كه جرم مساوي داشته باشند وزن آنها با هم برابر است.
عنصر:
يونانيان باستان به اين مفهوم رسيده بودند كه كل ماده از تعداد محدودي مواد ساده كه آنها را عنصر مي‌ناميدند تركيب يافته است . يونانيان كل ماده موجود در زمين را مشتق از چهار عنصر ؛ خاك ، هوا ، آتش و آب مي‌دانستند . از آنجا كه اجرام آسماني كامل و تغيير ناپذير دانسته مي‌شد آنان جرم فلكي را مركب از عنصر پنجمي به نام اتر در نظر مي‌گرفتند. اتر بعداً به نام quinessence از واژه لاتين به معني عنصر پنجم معروف شد.
اين نظريه يوناني قرنها تسلط خود را بر انديشه‌هاي علمي حفظ كرد. در سال 1661 رابرت بويل در كتاب خود به اين عنوان شيمي‌دان شكاك تعريف كاملاً جديد براي عنصر ارائه كرد : « اكنون منظور من از عناصر اجسام اوليه و ساده يا كاملاً غير آميخته‌اي كه از هيچ گونه اجسام يا از يكديگر ساخته نشده باشد آنها اجزاي اجسامي هستند كه وقتي كاملاً با هم آميخته شوند فوراً با هم تركيب مي‌شوند و آن اجسام در نهايت به اين اجزا تجزيه مي‌شوند.
بويل براي مشخص كردن اين مواد خامي كه عنصر مي‌ناميدند اقدامي نكرد اما او تأكيد كرد كه دليل وجود اين عناصر همچنين تشخيص آنها موكول به آزمايش شيميايي است مفهومي كه بويل از عناصر شيميايي بدست اورده بود در سده بعد بوسيله آنتوان لاوازيه به نحوي پا برجا استقرار يافت لاوازيه ماده‌اي را به عنوان عنصر پذيرفت كه به مواد ساده‌تري تجزيه نشود علاوه بر اين او نشان داد كه يك ماده مركب از اتحاد عناصر توليد مي‌شود لاوازيه 23 عنصر را به درستي مشخص كرد گرچه او نور ، گرما و چند ماده مركب ساده را پيوست فهرست خود كرده بود.
هر عنصري بنا بر موافقت بين المللي با يك نماد شيميايي نشان داده مي‌شود غالب اين نهادها مركب از يك يا دو حرف است نهادهاي سه حرفي براي غالب عناصري كه اخيراً كشف و از طريق واكنشهاي هسته‌اي تهيه شده‌اند بكار برده مي‌شوند.
مواد مركب:
مواد مركب موادي هستند كه از دو يا چند عنصر به نسبت ثابت تركيب يافته‌اند قانون نسبتهاي مشخص كه نخستين بار در 1799 بوسيله ژورف پروست پيشنهاد شد مي‌گويد كه يك ماده مركب خالص همواره از عناصر يكسان و با نسبت جرمي يكسان تركيب يافته‌اند مثلاً آب هميشه از عناصر هيدروژن و اكسيژن به نسبت 19% و 11% هيدروژن و % 81 و 88 اكسيژن توليد مي‌شود. بيش از دوازده هزار ماده مركب معدني شناخته شده است و بيش از چهار ميليون ماده سنتز شده يا از منابع طبيعي بدست آمده‌اند خواص ماده مركب با خواص عناصر تشكيل دهنده اين مواد كاملاً متفاوت است.
ماده خالص و مخلوط :
يك عنصر يا يك ماده مركب را ماده خالص مي‌گويند تمام انواع ديگر ماده مخلوط هستند. مخلوطها از دو يا چند ماده خالص توليد مي‌شوند و تركيب درصدهاي قابل تغيير دارند خواص يك مخلوط بستگي به تركيب درصد مخلوط و خواص يك مخلوط بستگي به تركيب درصد مخلوط و خواص مواد خالصي دارد كه آن مخلوط را بوجود آورده‌اند.
دو نوع مخلوط وجود دارد « مخلوط ناهمگن » و « مخلوط همگن »:
مخلوط ناهمگن كاملاً يكنواخت نيست بلكه مركب از اجزايي است كه از لحاظ فيزيكي متمايز از يكديگرند . مخلوط همگن كاملاً يكنواخت به نظر مي‌رسد و آن را محلول مي‌گويند . هوا ، نمك حل شده در آب و آلياژ نقره طلا ، به ترتيب نمونه‌هايي از يك محلول گازي يك محلول مايع و يك محلول جامد است.
فـاز
بخشي از ماده را كه از لحاظ فيزيكي مشخص و تركيب درصد و خواص آن تماماً يكنواخت باشد فاز مي‌گويند . مواد همگن تنها مركب از يك فاز هستند و مواد ناهمگن بيش از يك فاز دارند فازهاي مخلوطهاي ناهمگن حدود مشخص دارند و معمولاً به آساني قابل تميزند . مثلاً در گرانيت كه يك مخلوط ناهمگن است بلورهاي صورتي و رنگ فلوسپار ، بلورهاي كوارتز بي‌رنگ و بلورهاي سياه و درخشان ميكا قابل تشخيص است.
وقتي تعداد فازهاي يك نمونه معين شود تمام بخشهايي از آن كه از يك نوع‌اند تنها يك فاز به حساب مي‌آيند . بنابراين گرانيت مركب از سه فاز است البته اجزاي نسبي سه فاز گرانيت ممكن است از نمونه‌اي به نمونه ديگر تفاوت داشته باشند.
نمودار فازي:
استفاده از نمودار فازي يك روش معمول براي ثبت اطلاعات مربوط به فازهاي مواد و استفاده از آنهاست يك نمودار تعادل فازي نمايشي گرافيكي داده‌هاست كه اطلاعات مهمي را در مورد تركيبات تكي يا چند جزئي بدست مي‌دهد.
اطلاعات موجود در نمودار فازي
1 - دماي ذوب هر تركيب خالص
2 - ميزان كاهش دماي ذوب هنگام تركيب دو يا چند ماده
3 - وجود و ميزان حلاليت در محلول هاي جامد
4 - اثر دما بر روي ميزان حلاليت
5 - دماي استحاله‌هاي پلي مورفيك
6 - وجود مايعات ( مذابهايي ) كه در يكديگر حل نمي‌شوند ( ناحيه عدم امتزاج )
نمودارهاي تك جزئي :
اين نمودارها پايداري فازي مواد خالص را نشان مي‌دهند متغيرهاي موجود در اين نمودارها ؛ دما ، فشار و حجم هستند پس 3 متغير در اين نمودارها وجود دارد.
در تقسيم‌بندي مواد جامد اكثراً مواد را به 4 دسته اصلي تقسيم مي‌كنند.
1 - مواد فازي 2 - مواد سراميكي 3 - مواد پليمري 4 - مواد كامپوزيتي كه ما در مورد همگن يا ناهمگن بودن مواد بحث مي‌كنيم كه زير گروه مواد مختلط يا همان كامپوزيتي مي‌باشد.
مواد كامپوزيتي ( مواد مختلط ) چيست ؟
مواد مختلط يا كامپوزيتي به موادي گفته مي‌شود كه از مخلوط چند ماده ( حداقل دو ماده ) با خواص متفاوت تشكيل شده باشد اجزاي مواد مختلط از نظر شكل و تركيب شيميايي متفاوت بوده و در يكديگر حل نمي‌شوند و از نظر اندازه و ابعاد در حد ميكروسكوپي و ماكروسكوپي وجود دارند بدين ترتيب مي‌توان موادي با خواص جديد بدست آورد كه به نوبه خود داراي خواص مناسبتر از خواص هر يك از اجزاي اوليه است موادي كه در كامپوزيتها به عنوان زمينه و تقويت كننده بكار مي روند مي‌توانند از مواد فلزي ، سراميكي و پليمري باشند. مواد كامپوزيتي بيشتر شامل يك جزء نرم و شكل پذير به عنوان جزء اصلي زمينه و يك جزء بسيار سفت و سخت به عنوان تقويت كننده است . جزء تقويت كننده مي‌‌تواند شامل يك عنصر خالص و يا از تركيبات بين فلزي ( اينترمتاليك ) با مقاومت بالا باشد شكل هندسي جزء تقويت كننده بيشتر به شكلهاي ذره‌اي اليافي و در مواردي به شكلهاي حصيري و صفحه‌اي است كامپوزيتها معمولاً داراي استحكام بالا و چگالي پايين هستند.
به عنوان ساده‌ترين مثال براي مواد كامپوزيتي مي‌توان از بتن ساده ( مخلوطي از سيمان و ريگ ) بتن مسلح ( مخلوطي از سيمان و شن با مفتولهاي فولادي ) لاستيك چرخ اتومبيل ( مخلوطي از مواد پليمري و كنف و يا مفتولهاي فولادي ) و غيره . هم اكنون با دستيابي به مواد كامپوزيتي با نسبت استحكام به وزن بالا قطعات زيادي از وسايل نقليه زميني دريايي هوايي ( مسافري و نظامي ) تجهيزات صنايع نفت و پتروشيمي ، نساجي و مخابرات ، پزشكي و خانگي از مواد كامپوزيتي ساخته مي‌شود.
در صنايع هوا فضا هم اكنون تحقيقات بسيار وسيعي در مورد مواد كامپوزيتي با نسبت استحكام به وزن بسيار بالا و مقاومت حرارتي بالا انجام مي‌گيرد و در اين زمينه تا كنون موفقيتهايي نيز داشته‌اند مانند نانوكامپوزيتهاي سراميكي اما تحقيقات هنوز هم ادامه دارد.
در مورد سيستم همگن:
سيستم همگن يا سيستم هموژن به سيستم‌هايي گفته مي‌شود كه فقط از يك فاز ساخته شده است.
در مورد سيستمهاي ناهمگن:
سيستم ناهمگن يا سيستم هتروژن به سيستمي گفته مي‌شود كه از دو يا چند فاز مجزا ساخته شده باشد.
در همين زمينه مقاله‌اي از دكتر شق مهرآئين چاپ شده كه ايشان در حال حاضر دانشجوي فوق دكتراي دانشگاه كاليفرنا هستند . دكتر شفق مهرآئين تا سال 1380 در آموزشكده فني دانشگاه تهران مشغول به تحصيل بود و با ابداع روش همگن كردن مواد جامد ناهمگن جايزه برترين مقاله را در ايالات متحده به دست آورده است و در همين راستا تاكنون هفت مقاله علمي در مجلات معتبر آمريكا به چاپ رسانده و 11 سخنراني علمي در همين زمينه انجام داده است. او عضو افتخاري انجمن خبرگان امريكا مي‌باشد.
عنوان مقاله : ساخت مواد پلي كريستال جديد و تغيير شكلهاي نابجا
تغيير شكل پلاستيك در فلزات اساساً‌در اثر گسسته شدن و پيوستن مجدد اتصالات بين اتم‌ها رخ مي‌دهد . اين به نوبه خود موجب حركت نابجايي ( dislocation) در مواد پلي كريستالي مي‌شود تغيير شكل ناهمگن در بلورهاي كريستالي در اثر همين فرآيند حركت نابجايي‌ها و اثرات متقابل آنها با يكديگر و تأثير آنها بر عيوب ساختاري مواد در مقياس ريز است توصيف تغيير شكلهاي پلاستيك مواد با استفاده از قانون رفتاري ماده در مقياس بزرگ داراي محدوديت‌هايي است . اين محدوديتها شامل اطلاعات موجود از ماده در مقياس درشت و عيوب ساختاري موضعي در ماده است . تئوري كلاسيك نابجايي‌ها پژوهشگران را به درك صحيح رفتار عيوب ساختاري در كريستال‌هاي ماده و تداخل اين عيوب با يكديگر رهنمون شده است با اين وجود به نظر نمي‌رسد چنين تئوري جوابگوي مناسبي براي توصيف رفتار بسيار پيچيده و سازمان يافته توده اين نابجايي‌ها را در بارهاي متحرك باشد به همين علت دو روش جديد در دهه گذشته بيشتر مورد توجه محققان قرار گرفته است 1 - مدل سازي و شبيه سازي كامپيوتري در صدد است رفتار يكايك نابجايي‌ها در ماده را با يكديگر تركيب كند. ( شبيه آنچه در تئوري كلاسيك نابجايي بيان مي‌شود ) به علاوه پيچيدگي ناشي از تداخل اين نابجايي‌ها نيز به صورت صريح توسط روش‌هاي عددي بررسي و تفسير مي‌گردد يك روش جديد كامپيوتري چند مقايسه مدل سازي تغيير شكل پلاستيك ماده را با در نظر گرفتن حركت نابجايي‌ها در مقايسه ميكروسكوپي تسهيل مي‌كند بعلاوه رابطه نيرو تغيير شكل ماده را در چارچوب روش‌هاي چند مقايسه قابل حضور مي‌سازد به طور كلي در اين روش تغيير شكل پلاستيك ميانگين در زير ساخت‌هاي ماده توسط مدل سازي حركت نابجايي‌ها به دست آورده شود اين اطلاعات بدست آمده براي حصول خصوصيات فيزيكي همگن شدن الاستيك - پلاستيك ماده در مقياسي درست ( ماكروسكوپي ) استفاده مي‌شود. به طور دقيقتر از نظر رياضي اين تغيير شكلهاي الاستيك پلاستيك از طريق ارتباط بين دو مقياس مختلف ماده ( ماكروسكوپي و ميكروسكوپي ) توسط گراديان تغيير شكل يافته در نقاط انتگرال گيري در روش المان مرزي در محاسبات اعمال مي‌شود روش رياضي كامپيوري چند مقايسه براي يكپارچه كردن مكانيك رفتاري نابجايي‌ها در ماده در مقياس ريز و مكانيك رفتاري ماده در مقياس درشت ابداع شده‌است . از اين روش مي‌توان براي پيش بيني تغيير شكلهاي پلاستيك در مواد پلي كريستال استفاده كرد در اين روش فرمول تغييراتي چند مقايسه لاگرانژي براي بررسي رفتارهاي غير خطي هندسي و غير خطي ماده‌اي ارائه شده است. با مجزا سازي متغييرهاي ميداني متغييرهاي ناشي از حركت نابجايي‌ها كه در بيان معادلات رفتاري مواد به كار مي‌رود مقياس‌هاي مختلف مجزا مي‌شوند بدين وسيله معادلات تابع زمان حركت اين نابجايي‌ها و معادله مرتبط كننده مقياس‌هاي ريز و درشت و معادله رفتاريم اده همگن شده معادل در مقياسي درست به دست آورده مي‌شود سپس با دانستن سرعت حركت اين نابجايي ها در ماده و نحوه توزيع اتم‌ها در حضور اين نابجايي‌ها رابطه نيرو تغيير شكل در حالت الاستيك - پلاستيك در مقياس ماكروسكوپي به دست آورده مي‌شود سپس اين معادلات رفتاري تابع زمان توسط روش‌هاي عددي مناسبي حل مي‌شوند تا تغيير شكل الاستيك پلاستيك ماده مطابق آزمايش‌هاي تجربي نمايان گردد نكته شايان توجه اين است كه در اين روش از بيان صريح قانون سخت شدگي و پلاستيك شدن ماده در اثر بارگذاري بيش از حد كه مورد استفاده در تئوري كلاسيك پلاستيك مواد است اجتناب مي‌شود . در حقيقت اين رفتار پيچيده ماده از بررسي اتم‌ها و مكانيك حركت نابجايي‌ها در ماده به دست آورده مي‌شود كه با نتايج آزمايشي مطابقت كامل دارد . بدين ترتيب با استفاده از از اين روش نيازي به بيان قانون مصنوعي و پارامترهاي اضافي براي بيان رفتار ارتجاعي و پلاستيك ماده نيست.
رادرفوردیم