Anyagszerkezeti hierarchia
Az anyagszerkezeti hierarchia fontos összetett fogalom a modern anyagtudományban, az anyagtechnológiákban. Az anyagszerkezeti hierarchia összekapcsoltan mutatja be az anyag szerveződési szintjeit.
Az anyagszerkezeti hierarchia fogalmának jelentősége
szerkesztésAz anyagok felépítése réteges. Nem a hétköznapi „lemezesség” értelmében, hanem a változó méretek világát követve, a kicsinyítés és a nagyítás nagyságrendjein lépegetve. Az egyre mélyebb szerkezeti vonásaiban megismert anyagokat egyre összetettebb szerepkörökben tudja hasznosítani az ipari termelés, a műszaki fejlesztés.
Az anyag szerkezetének hierarchikus felépítését az anyagok technológiája mellett, amely műszaki tudomány, az anyagfejlődés-történet, mint szintetizáló természettudomány is tudatosította. Az anyag fejlődéstörténete során újabb és újabb szerkezeti szinteket termelt ki magából s ennek eredményeként az elemi részecskéktől, az atommagoktól, atomoktól, molekuláktól fölfelé egyre összetettebb szinteket találunk az anyagokra. Ennek a megismerési sorrendje természetesen fordított volt és a hétköznapi anyagoktól vezetett a mélyebb, rejtettebb szintekig.
Négy példa, négy szerkezeti hierarchia szint
szerkesztésHa kimondom ezt a szót, hogy szén, sokféle anyagot érthetek alatta. A következő négy mondatban más és más szerveződési szintjét használom a szén fogalmának.
- A reaktorban szénrudakat használtak moderátornak. A magenergia (hétköznapi néven atomenergia) termelése során atommag reakciók zajlanak. Ebben a mondatban a szén atommagjáról esik szó.
- Az égő szén lángjánál olvastam. Itt a szén kémiai reakciója zajlik, az égéskor minden atomi-molekuláris folyamatban egy foton szabadul fel és ezek együttesen adják a tűz fényét. Valójában tehát a szén molekulaszintű reakciójáról beszélek.
- Szénszállal erősített műanyagot használok. A szénláncú anyagok mikrométeres rostjai fontos összetevői a modern anyagoknak. Itt a szénszál sokféle lehet, de már molekula fölötti, kristályos szerveződésű.
- Elégett a gyémánt, mintha csak közönséges szén lett volna. Itt a gyémánt egy nagy méretű kristály, kristályos szerkezetű anyagként szerepel a használatban.
A példasor különböző szerveződési szinten fölhasznált szenekről szólt. Amikor az anyagok szerkezetét átalakítjuk az ipari technológiák során, ezt a tudást hasznosítjuk, amit az anyag szerkezeti hierarchiája fog át.
Szerkezeti hierarchia szilárd anyagokra
szerkesztésA megismerés során az egyre csökkenő méreteken újabb anyagszerkezeti vonásokat figyelhettünk meg. A hétköznapi élet szerkezeti anyagainak a belső felépítése három elkülöníthető tartományra bontható:
- az emberléptékű makroszkopikus szerkezeti szintre (a kerámia cserépanyagára, vagy a kés acéljára gondoljunk például).
- egy általános értelmű szövetszerkezeti szintre (akár a kőzetek és kerámiák kristályos szövetelemeit bemutató, akár a biológiai szövetek szerkezetét bemutató vizsgálatokra gondolhatunk), és
- az atom- és molekulaszerkezeti szintre (mert ezek már a középiskolai kémia és fizika tárgyak ismereteit jelentik, de közvetlenül nem figyeljük meg őket).
Szerkezeti hierarchia szilárd anyagok anyagvizsgálataiban
szerkesztésA tudományos kutatás évszázadokon át fejlesztette ki az anyag vizsgálatának módszereit. Makroszkopikus szinten a fizikában ismerkedünk meg például a hőtágulással, a hő- és elektromos vezetőképességgel vagy elektromos ellenállással. A megfigyelésének egyre finomabb léptékű módszereit is gyakran használjuk az anyagvizsgálatoknál. Közülük az optikai mikroszkóp a legismertebb. Ez általában a szövetszerkezet vizsgálatára alkalmas. Az egyre kiterjedtebben használt sugárzási vizsgálati módszerek már a mélyebb anyagszerkezeti szintek megismeréséhez visznek el.
Mindezek együttes áttekintésére az anyagszerkezeti hierarchia a legalkalmasabb összefoglaló térkép.
Egy másik területen is igen hasznos az anyagszerkezeti hierarchia ismerete: az anyagok összetételének megadásánál. Többféle módon is "szétszedhetjük" az anyagokat. Például egy kőzetet szétszedhetjük ásványaira és ekkor az ásványos összetételről beszélünk. Tovább menve a földbontásnál, szétszedhetjük például atomjaira is, ha igen magas hőmérsékleten elpárologtatjuk a kőzetet, s ekkor beszélhetünk atomos összetételről, vagy kémiai összetételről is. Ugyancsak fontos eset az, amikor - már inkább csak egy-egy ásvány esetében - az atommagok mennyiségére vagyunk kíváncsiak. (Ez az eset a radioaktív vizsgálatoknál áll fönn.) Ilyenkor egy-egy atom atommagjainak izotópos összetételéről beszélhetünk.
Kapcsolódó szócikkek
szerkesztésIrodalom
szerkesztés- Bárczy P. (1998): Anyagszerkezettan. Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc
- Bérczi Sz. (1985): Anyagtechnológia I. Egyetemi jegyzet. Tankönyvkiadó, Budapest (J3-1333)
- Bérczi Sz. (1990): Szimmetria és Struktúraépítés. Egyetemi jegyzet. Tankönyvkiadó, Budapest (J3-1441)
- Karapetjanc M. H., Drakin Sz. I. (1977): Az anyag szerkezete. Tankönyvkiadó, Budapest
- Máthé J. (1979): Az anyag szerkezete. A modern kémiai fizika alapjai. Műszaki Kiadó, Budapest