A-level 应用科学/选择和使用材料/材料类别
材料可以根据其成分进行分类。您应该知道
- 材料的基本类别。金属、陶瓷、玻璃、聚合物以及一组称为复合材料的组合材料。
您应该能够
- 举例说明这些基本类别材料的用途，并能够提供和证明这些材料在不同情况下的各种常见用途，例如建筑、家庭用品、工业设备、医疗应用和运动器材；
- 调查材料类别的特性如何影响其用途。
对于每种材料类别，您都需要举例说明其用途，并提供理由
（“X 用于 Y，因为它具有 A、B 和 C。” 例如，'铜' 用于 '家用电线'，因为它具有 '低电导率'，'柔性' 和 '便宜'。）
考虑以下用途
- 建筑
- 家庭用品
- 工业设备
- 医疗应用
- 运动器材
金属是具有独特流体金属键的晶体材料。金属键的自由电子使金属具有反射性和导电性以及导热性。
金属键使结构能够承受应变。金属可以是硬的，但也是延展的和韧性的。它们在受到各种应力时都很坚固。
金属可以在冷态下成形（它们是塑性的/延展的）或熔化并通过铸造成形为新的形状（它们是热塑性的）。
陶瓷是晶体材料。因此，它们往往是不透明的。
键是离子键或共价键，这使得结构无法承受应变。陶瓷是硬的、不灵活的和脆性的。它们在受到压缩应力时很坚固，但在受到拉伸应力或正应力时则不然。
陶瓷是通过塑性前驱体（如粘土）的化学反应形成的。一旦形成，它们就不能重新塑形，即它们是热固性的。
玻璃是非晶体材料：它们没有晶体结构。玻璃是非晶体陶瓷，但可以制备非晶体金属和非晶体聚合物。
作为非晶体，玻璃是透明的。它们的特性与陶瓷相似，但它们是热塑性的。
聚合物可以是结晶的或非晶体的。非晶态聚合物往往是透明的，而结晶态聚合物是不透明的。
结晶态聚合物是 '各向异性的'：它们的特性会根据测试是在沿着它们的聚合物链（强、硬）还是穿过链（弱、延展）进行而有所不同。
非晶态聚合物在所有测试方向上的特性都比较平均（它们是 '各向同性的'）。
热塑性聚合物由长链组成，这些长链在加热时会变得流动，然后可以重新塑形为新的形状。
一些热塑性聚合物具有非常强的分子间键合，因此熔化它们所需的热量超过使它们燃烧所需的热量。这些聚合物的行为类似于热固性聚合物。
热固性聚合物类似于陶瓷：它们由流体前驱体形成，但形成一个永久的 3D 共价键晶格，该晶格无法熔化。与陶瓷一样，热固性聚合物是脆性的。与陶瓷不同的是，热固性聚合物更柔软、密度更低，耐热性也低得多。
- 钢筋混凝土
- 混凝土对压缩应力的抵抗力很强，而且价格便宜，经久耐用。钢材价格昂贵，会腐蚀，但对拉伸应力和正应力的抵抗力很强。
- 碳纤维增强塑料
- 塑料坚韧，但柔韧。碳纤维具有极高的抗拉强度，但对压缩应力或正应力的抵抗力很小（会弯曲）。两种材料的密度都非常低。
- 将塑料和碳纤维结合在一起可以得到一种坚韧、强力、轻质的材料。通过改变碳纤维的编织方向，可以使特性变得各向异性。如果一根纤维断裂，塑料会将应力传递到其他纤维上。
- 胶合板
- 木材是各向异性的——它对与木材纹理平行或垂直的拉伸应力或正应力的抵抗力要小得多。
- 胶合板具有相互垂直的木层，因此任何方向的应力都对某些木层的纹理具有拉伸作用。粘合胶合板的胶水也有助于增加其强度。