In diesem Modul werden wir die Struktur des Atoms besprechen, wie Atome miteinander interagieren und wie diese Interaktionen die Materialeigenschaften beeinflussen. Wir werden untersuchen, wie die Art der in einem Material vorhandenen Atome bestimmt, welche Art von Bindung auftritt, was die drei Arten von Primärbindungen unterscheidet - metallische, ionische und kovalente Bindungen - und welche Auswirkungen die Art der Bindung auf die Mikrostruktur des Materials hat. Sie werden lernen, wie sich Atome aufgrund ihrer Größe und ihrer Bindungen anordnen. Dieses Wissen bietet Ihnen eine Grundlage für das Verständnis der Beziehung zwischen der Mikrostruktur eines Materials und seinen Eigenschaften.

Dieses Modul behandelt die Anordnung der Atome in kristallinen Materialien. Viele der Materialien, mit denen wir täglich zu tun haben, sind kristallin, das heißt, sie bestehen aus einer sich regelmäßig wiederholenden Anordnung von Atomen. Der "Baustein" eines Kristalls, das so genannte Bravais-Gitter, bestimmt einige der physikalischen Eigenschaften eines Materials. Ein Verständnis dieser kristallographischen Prinzipien ist für die Diskussion über Defekte und Diffusion, die im nächsten Modul behandelt werden, von entscheidender Bedeutung.

Im vorigen Modul haben wir gelernt, wie die Gitterstruktur eines kristallinen Materials zum Teil die Eigenschaften dieses Materials bestimmt. In diesem Modul werden wir lernen, wie Defekte - Abweichungen von der erwarteten Mikrostruktur - ebenfalls einen großen Einfluss auf die Eigenschaften haben. Dieses Modul befasst sich mit eindimensionalen oder punktuellen Defekten, bei denen es sich um fehlende Atome (Leerstellen) oder überschüssige Atome (Zwischengitterlösung) oder um die falsche Art von Atomen an einem Gitterpunkt (Substitutionslösung) handeln kann. Aufbauend auf diesen Konzepten wird ein Teil dieses Moduls die Diffusion behandeln - die Bewegung von Atomen durch die Kristallstruktur.

Dieses Modul behandelt zwei- und dreidimensionale Defekte wie Versetzungen, Korngrenzen und Ausscheidungen. In der Diskussion wird erläutert, wie die Verformung eines Materials auf mikroskopischer Ebene abläuft. Abschließend werden wir uns damit befassen, wie das Vorhandensein und die Eigenschaften von Defekten die Festigkeit eines Materials erhöhen oder verringern können.

In diesem Modul besprechen wir Materialien, die nicht vollständig kristallin sind, wie z.B. Polymere, Gummi und Gläser. Sie werden lernen, wie sich das Fehlen von Kristallinität auf das Verhalten dieser Materialien auswirkt und welche Faktoren ihre Bildung und Eigenschaften beeinflussen. Die Lektionen beinhalten Diskussionen über die Mikrostruktur und Defekte in amorphen Materialien, partielle Kristallinität in Polymeren und Demonstrationen von Materialien, die bei unterschiedlichen Temperaturen ein duktiles und sprödes Verhalten zeigen.