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物質とは、物体を構成する物質または物質の混合物のことです。物質は、純粋なものも不純物を含むものも、生物も非生物も存在します。物質は、その物理的および化学的性質、あるいは地質学的起源や生物学的機能に基づいて分類することができます。材料科学とは、物質、その性質、およびその応用について研究する学問です。
原材料は、精製、成形、または他の材料の添加など、さまざまな方法で加工することでその特性を変化させることができます。また、原材料から合成によって新しい材料を製造することも可能です。
産業界では、材料は製品やより複雑な材料を生産するための製造工程への投入物であり、[ 1 ]使用される材料の性質と量は、契約に基づく製品または納品のコストの計算の一部となる場合があります。たとえば、契約コストが「時間と材料」ベースで計算される場合などです。[ 2 ]
材料は人類の歴史を物語る。先史時代の3つ（石器時代、青銅器時代、鉄器時代）に続いて、歴史時代が到来した。19世紀の鉄器時代、その次の世紀半ばのポリマー時代（プラスチック時代）、そして20世紀後半のシリコン時代である。[ 3 ]
材料は、その用途に基づいて大まかに分類できます。例えば、次のようになります。
材料選定とは、特定の用途に適した材料を決定するプロセスである。
材料の関連構造は、材料によって異なる長さスケールを持つ。材料の構造と組成は、顕微鏡観察または分光法によって決定することができる。
メタマテリアルとは、自然界に存在する材料には見られない特性を持つように設計された材料のことで、通常は複数の材料を組み合わせて複合材料を形成したり、形状、幾何学、サイズ、向き、配置を調整して望ましい特性を実現したりすることによって作られます。[ 5 ]
発泡体や繊維製品においては、化学構造は、発泡体の穴や繊維製品の織り目といった、より大きなスケールの材料特性に比べて、すぐに観察できる特性との関連性は低い。
材料は、その大規模な物理的特性に基づいて比較および分類することができる。
機械的特性とは、材料が加えられた力にどのように反応するかを決定する特性です。例としては、剛性、強度、靭性、硬度などが挙げられます。
材料は、さまざまな温度で劣化したり、特性が変化したりする可能性があります。熱特性には、材料の熱伝導率と熱容量も含まれ、これらは材料による熱エネルギーの伝達と蓄積に関係します。
材料は、様々な条件下での挙動を定量的に評価することで比較・分類することができる。注目すべきその他の特性としては、材料の光学的、電気的、磁気的挙動などが挙げられる。[ 4 ]： 5-7
