สถานที่สำคัญแห่งหนึ่งในการพัฒนามนุษย์
คือการค้นพบว่ามนุษย์สามารถเปลี่ยนแปลงธรรมชาติ เว็บสล็อต ของวัสดุได้ อารยธรรมยุคแรกสุดจำแนกตามวัสดุที่ใช้ในขณะนั้น — หิน ทองแดง ทองแดง และเหล็ก วัสดุมีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อวิวัฒนาการทางวัฒนธรรม เศรษฐกิจ ประชากร และภูมิศาสตร์ของสังคม ตัวอย่างเช่น การพัฒนาด้านวิชาการบินและอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงศตวรรษที่ 20 จะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีอะลูมิเนียมและซิลิกอน
เซรามิกส์เป็นวัสดุอนินทรีย์ดัดแปลงโครงสร้างที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์ผลิตขึ้น และคุณสมบัติเกือบทั้งหมดของวัสดุสมัยใหม่ ยกเว้นคุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก ถูกใช้โดยนักเซรามิกในยุคแรกๆ แต่ที่น่าประหลาดใจคือ วัสดุยังคงเป็นงานฝีมือมากกว่าวิทยาศาสตร์จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 และสาขาวิชา ‘วัสดุศาสตร์’ ก็ได้เกิดขึ้นในมหาวิทยาลัยของสหรัฐฯ ในช่วงต้นทศวรรษ 1950 เท่านั้น ระเบียบวินัยไม่ได้รับการแนะนำในสหราชอาณาจักรจนกระทั่งถึงปี 1960 และแม้กระทั่งต่อมาในทวีปยุโรป
วัสดุศาสตร์เป็นแนวคิดที่เกิดจากโลหะวิทยา ไม่ใช่เซรามิก และ Robert Cahn นักโลหะวิทยาที่มีชื่อเสียงเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกการพัฒนา เขาเป็นคนแรกที่สอนวิชานี้ในสหราชอาณาจักรและเป็นประธานกองบรรณาธิการของ Journal of Materials Science นับตั้งแต่ก่อตั้งในปี 2508 ดังนั้นการมาของวัสดุศาสตร์จึงไม่ใช่แค่ประวัติศาสตร์ของระเบียบวินัยเท่านั้น แต่ยังเป็นเรื่องส่วนตัวที่บางครั้งเป็นการยั่วยุ มุมมองของสหสาขาวิชาชีพนี้
หนังสือของ Cahn มุ่งเป้าไปที่นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรวัสดุมืออาชีพเป็นหลัก แต่ก็สามารถอ่านได้โดยผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญที่สนใจในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์เช่นกัน เป็นไปตามวิวัฒนาการของศาสตร์แห่งวัสดุตั้งแต่เริ่มต้น โดยแสดงให้เห็นว่าแนวคิดและแนวคิดใหม่ๆ เกิดขึ้นได้อย่างไร
นี่ไม่ใช่ตำราวัสดุศาสตร์ และควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นภาพเหมือนของ pointillist ของวินัย ที่จะมองจากระยะไกลเล็กน้อย Cahn ไม่ได้พยายามที่จะให้รายละเอียดเกี่ยวกับสาขานี้อย่างครอบคลุม แต่มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาที่มีความสำคัญทางประวัติศาสตร์บางอย่างแทน หนังสือเล่มนี้ได้รับการจัดทำเป็นเอกสารอย่างน่าทึ่ง และอธิบายถึงบทบาทของนักวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ พร้อมกับการอภิปรายเกี่ยวกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง
แหล่งข้อมูลที่มีประโยชน์: พลาสติกซ่อมแซมตัวเองได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด เครดิต: SCOTT WHITE/NATURE/SPL
มหาวิทยาลัย Northwestern ในรัฐอิลลินอยส์
เป็นมหาวิทยาลัยแห่งแรกที่นำวัสดุศาสตร์มาใช้เป็นส่วนหนึ่งของชื่อภาควิชา โดยเปลี่ยนทั้งการสอนในมหาวิทยาลัยและการจัดระเบียบงานวิจัยทางวิชาการของสหรัฐฯ วัสดุศาสตร์เติบโตจากแผนกโลหะวิทยาและเป็นเวลานานมีแผนกของ ‘วัสดุศาสตร์และโลหะวิทยา’ ต่อมามีแผนก ‘วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์’ โดยเน้นว่าวัสดุศาสตร์ในมหาวิทยาลัยไม่สามารถแยกออกจากการพัฒนาอุตสาหกรรมของวัสดุได้ นักวิทยาศาสตร์ด้านการวิจัยที่ดีที่สุดในภาคสนามและผู้ได้รับรางวัลโนเบลบางคนทำงานในห้องปฏิบัติการวิจัยอุตสาหกรรมของบริษัทต่างๆ เช่น Bell Telephone และ General Electric
การเกิดขึ้นของวัสดุศาสตร์เป็นสาขาวิชาหนึ่งจำเป็นต้องมีความเข้าใจในวิทยาศาสตร์พื้นฐานสามกลุ่ม ได้แก่ อะตอมและคริสตัล สมดุลของเฟส และโครงสร้างจุลภาค ผู้เขียนกล่าวว่าโครงสร้างจุลภาคเป็นองค์ประกอบที่แยก ‘วัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์’ ออกจากสาขาวิชาอื่นๆ ได้ดีที่สุด นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุต้องทำงานในระดับต่างๆ ขององค์กร ตั้งแต่โครงสร้างจุลภาคไปจนถึงโครงสร้างมีโครงสร้าง (mesostructure) โดยแต่ละระดับจะได้รับการสนับสนุนโดยระดับก่อนหน้านั้น แต่ละขั้นตอน ตั้งแต่การสังเคราะห์และโครงสร้างไปจนถึงคุณสมบัติและการประมวลผล จะต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
ทฤษฎีเชิงปริมาณของวัสดุศาสตร์ได้รับการสร้างขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อมีการพัฒนาโลหการเชิงกายภาพ และการปฏิวัติที่แท้จริงเกิดขึ้นราวกลางศตวรรษที่ 20 ซึ่งนำไปสู่เส้นทางสู่วัสดุศาสตร์สมัยใหม่
เรื่องของกีฬา: ตัดผ่านพลาสติกที่มีส่วนผสมของไฟเบอร์กลาส ใช้ทำสกีและกระดานโต้คลื่น เครดิต: Astrid & HANS FRIEDER MICHLER/SCIENCE/SPL
การปฏิวัติเชิงปริมาณนี้เกิดขึ้นจากความพร้อมของเทคนิคการวัดและการกำหนดลักษณะที่มีความละเอียดอ่อนและแม่นยำ เช่น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน วิธีการสเปกโตรเมทรี และวิธีการเลี้ยวเบน แต่วัสดุไม่ได้จำกัดอยู่แค่โลหะเท่านั้น ตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 20 วัสดุศาสตร์ได้พัฒนาไปตามช่องทางต่างๆ เช่น ฟิสิกส์โซลิดสเตต, โลหะวิทยา, เคมีพอลิเมอร์, เคมีอนินทรีย์, แร่วิทยา, แว่นตาและเซรามิก – และสาขาวิชานี้รวมถึงสาขาเหล่านี้ทั้งหมด หนังสือเล่มนี้อธิบายลักษณะเหล่านี้ในบทที่แยกจากกัน แต่น่าแปลกที่วัสดุคอมโพสิตถูกลืมไปแล้ว ดัชนีหัวเรื่องให้หน้าเดียวที่อ้างถึงคอมโพสิต
วัสดุศาสตร์มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และหลังจากรวบรวมสาขาวิชาต่างๆ เข้าด้วยกันแล้ว ก็ได้แยกออกเป็นสาขาใหม่ ตัวอย่างเช่น เคมีมีส่วนสำคัญ วิทยาศาสตร์พอลิเมอร์จะไม่เกิดขึ้นแน่นอนหากไม่มีสารเคมี
การสังเคราะห์โมเลกุลสายยาว เช่น โพลิเอทิลีนและไนลอน วัสดุอนินทรีย์เป็นสาขาหลักของ ‘นักเคมีในสถานะของแข็ง’ มาตั้งแต่ปี 1950 สาขาใหม่ยังคงเกิดขึ้น มีตัวอย่างเช่น chimie douce (‘soft chemistry’) วัสดุระดับโมเลกุลซึ่งตรวจสอบวัสดุใหม่ที่มีคุณสมบัติมาจากระดับโมเลกุลและ biomimetics ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้การออกแบบทางชีววิทยากับวัสดุและโครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้น เราสามารถคาดหวังการค้นพบได้มากขึ้นในศตวรรษที่ 21 เว็บสล็อต
