El campo interdisciplinario de la ciencia de los materiales , también comúnmente denominado ciencia e ingeniería de los materiales , abarca el diseño y el descubrimiento de nuevos materiales, en particular los sólidos . Los orígenes intelectuales de la ciencia de los materiales se remontan a la Era de la Ilustración , cuando los investigadores comenzaron a utilizar el pensamiento analítico de la química , la física y la ingeniería para comprender las antiguas observaciones fenomenológicas en metalurgia y mineralogía . [1] [2]La ciencia de los materiales todavía incorpora elementos de la física, la química y la ingeniería. Como tal, el campo fue considerado durante mucho tiempo por las instituciones académicas como un subcampo de estos campos relacionados. A partir de la década de 1940, la ciencia de los materiales comenzó a ser reconocida más ampliamente como un campo específico y distinto de la ciencia y la ingeniería, y las principales universidades técnicas de todo el mundo crearon escuelas dedicadas a su estudio.
Los científicos de materiales enfatizan la comprensión de cómo la historia de un material ( procesamiento ) influye en su estructura y, por lo tanto , en las propiedades y el rendimiento del material. La comprensión de las relaciones procesamiento-estructura-propiedades se denomina paradigma de los materiales. Este paradigma se utiliza para avanzar en la comprensión en una variedad de áreas de investigación, incluida la nanotecnología , los biomateriales y la metalurgia .
La ciencia de los materiales también es una parte importante de la ingeniería forense y el análisis de fallas : investiga materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no funcionan según lo previsto, causando lesiones personales o daños a la propiedad. Tales investigaciones son clave para comprender, por ejemplo, las causas de varios accidentes e incidentes de aviación .
El material de elección de una época dada es a menudo un punto definitorio. Frases como Edad de Piedra , Edad de Bronce, Edad de Hierro y Edad de Acero son ejemplos históricos, aunque arbitrarios. Originalmente derivada de la fabricación de cerámica y su supuesta metalurgia derivada, la ciencia de los materiales es una de las formas más antiguas de ingeniería y ciencia aplicada. La ciencia moderna de los materiales evolucionó directamente de la metalurgia , que a su vez evolucionó de la minería y (probablemente) de la cerámica y antes del uso del fuego. Un gran avance en la comprensión de los materiales se produjo a finales del siglo XIX, cuando el científico estadounidense Josiah Willard Gibbs demostró que laLas propiedades termodinámicas relacionadas con la estructura atómica en varias fases están relacionadas con las propiedades físicas de un material. Elementos importantes de la ciencia moderna de los materiales fueron productos de la carrera espacial ; la comprensión y la ingeniería de las aleaciones metálicas y los materiales de sílice y carbono utilizados en la construcción de vehículos espaciales que permiten la exploración del espacio. La ciencia de los materiales ha impulsado y ha sido impulsada por el desarrollo de tecnologías revolucionarias como cauchos , plásticos , semiconductores y biomateriales .
Antes de la década de 1960 (y en algunos casos décadas después), muchos departamentos de ciencia de materiales eventuales eran departamentos de ingeniería de metalurgia o cerámica , lo que refleja el énfasis del siglo XIX y principios del XX en los metales y la cerámica. El crecimiento de la ciencia de los materiales en los Estados Unidos fue catalizado en parte por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada , que financió una serie de laboratorios alojados en universidades a principios de la década de 1960, "para expandir el programa nacional de investigación básica y capacitación en ciencias de los materiales". " [3] Desde entonces, el campo se ha ampliado para incluir toda clase de materiales, incluidos cerámicos , polímeros , semiconductores ,materiales magnéticos , biomateriales y nanomateriales , generalmente clasificados en tres grupos distintos: cerámica, metales y polímeros. El cambio destacado en la ciencia de los materiales durante las últimas décadas es el uso activo de simulaciones por computadora para encontrar nuevos materiales, predecir propiedades y comprender fenómenos.