A-level 應用科學/選擇和使用材料/材料類別
材料可以根據其成分進行分類。您應該知道
- 材料的基本類別。金屬、陶瓷、玻璃、聚合物以及一組稱為複合材料的組合材料。
您應該能夠
- 舉例說明這些基本類別材料的用途，並能夠提供和證明這些材料在不同情況下的各種常見用途，例如建築、家庭用品、工業裝置、醫療應用和運動器材；
- 調查材料類別的特性如何影響其用途。
對於每種材料類別，您都需要舉例說明其用途，並提供理由
（“X 用於 Y，因為它具有 A、B 和 C。” 例如，'銅' 用於 '家用電線'，因為它具有 '低電導率'，'柔性' 和 '便宜'。）
考慮以下用途
- 建築
- 家庭用品
- 工業裝置
- 醫療應用
- 運動器材
金屬是具有獨特流體金屬鍵的晶體材料。金屬鍵的自由電子使金屬具有反射性和導電性以及導熱性。
金屬鍵使結構能夠承受應變。金屬可以是硬的，但也是延展的和韌性的。它們在受到各種應力時都很堅固。
金屬可以在冷態下成形（它們是塑性的/延展的）或熔化並透過鑄造成形為新的形狀（它們是熱塑性的）。
陶瓷是晶體材料。因此，它們往往是不透明的。
鍵是離子鍵或共價鍵，這使得結構無法承受應變。陶瓷是硬的、不靈活的和脆性的。它們在受到壓縮應力時很堅固，但在受到拉伸應力或正應力時則不然。
陶瓷是透過塑性前驅體（如粘土）的化學反應形成的。一旦形成，它們就不能重新塑形，即它們是熱固性的。
玻璃是非晶體材料：它們沒有晶體結構。玻璃是非晶體陶瓷，但可以製備非晶體金屬和非晶體聚合物。
作為非晶體，玻璃是透明的。它們的特性與陶瓷相似，但它們是熱塑性的。
聚合物可以是結晶的或非晶體的。非晶態聚合物往往是透明的，而結晶態聚合物是不透明的。
結晶態聚合物是 '各向異性的'：它們的特性會根據測試是在沿著它們的聚合物鏈（強、硬）還是穿過鏈（弱、延展）進行而有所不同。
非晶態聚合物在所有測試方向上的特性都比較平均（它們是 '各向同性的'）。
熱塑性聚合物由長鏈組成，這些長鏈在加熱時會變得流動，然後可以重新塑形為新的形狀。
一些熱塑性聚合物具有非常強的分子間鍵合，因此熔化它們所需的熱量超過使它們燃燒所需的熱量。這些聚合物的行為類似於熱固性聚合物。
熱固性聚合物類似於陶瓷：它們由流體前驅體形成，但形成一個永久的 3D 共價鍵晶格，該晶格無法熔化。與陶瓷一樣，熱固性聚合物是脆性的。與陶瓷不同的是，熱固性聚合物更柔軟、密度更低，耐熱性也低得多。
- 鋼筋混凝土
- 混凝土對壓縮應力的抵抗力很強，而且價格便宜，經久耐用。鋼材價格昂貴，會腐蝕，但對拉伸應力和正應力的抵抗力很強。
- 碳纖維增強塑膠
- 塑膠堅韌，但柔韌。碳纖維具有極高的抗拉強度，但對壓縮應力或正應力的抵抗力很小（會彎曲）。兩種材料的密度都非常低。
- 將塑膠和碳纖維結合在一起可以得到一種堅韌、強力、輕質的材料。透過改變碳纖維的編織方向，可以使特性變得各向異性。如果一根纖維斷裂，塑膠會將應力傳遞到其他纖維上。
- 膠合板
- 木材是各向異性的——它對與木材紋理平行或垂直的拉伸應力或正應力的抵抗力要小得多。
- 膠合板具有相互垂直的木層，因此任何方向的應力都對某些木層的紋理具有拉伸作用。粘合膠合板的膠水也有助於增加其強度。