KYP0040 MATERJALITEADUSE ÜLDALUSED - tud.ttu.ee

keskkonnaseisundi kontrolli (andurid, mis on tundlikud igasuguste saastainete suhtes) ja mootoreid
(kuumakindlus, kulumiskindlus).
Tänapäeva maailmas on suureks probleemiks energia tootmine. Taastumatute energiaallikate (nafta,
gaas, kivisüsi, põlevkivi) varude piiratus koos üha suurenevate keskkonnaprobleemidega on teinud
vajalikuks välja töötada uued tehnoloogiad energia tootmiseks. Päikeseenergia otsene muundamine
elektrienergiaks võiks olla keskkonnasõbralikuks alternatiiviks, kuid materjalid, mida praegu selleks
kasutatakse, on liiga kallid ja töötavad liiga väikese kasuteguriga. Seega on väga tähtis välja töötada
odavamad kõrge efektiivsusega materjalid päikeseelementidele.
Mitmed maailma arengu prognoosid eeldavad päikeseenergia ajastut vahemikus 2020 – 2050, mil
taastumatute energiakandjate varud on ammendumas. Samal ajal juhitaval tuumasünteesil
baseeruvat energeetikat ei loeta perspektiivseks enne 2050. aastat. Tuumaenergeetika nõuab
reaktorite konstrueerimiseks ja kaitsekihtideks üha uusi materjale.
Autode, lennukite, rongide kaalu vähendamine koos kütuse kokkuhoiuga nõuab järjest uusi
materjale.
Polümeersete materjalide tehnoloogias on tulevikutendentsiks uute kergete ja odavate materjalide
väljatöötamine, mis asendavad konstruktsioonimaterjalidena metalle. Materjalide hinna võrdluses on
plastid kõige odavamad konstruktsioonimaterjalide hulgas kuumvaltsitud teraste järel (joonis 1-4).
Keraamiliste materjalide tehnoloogia põhitähelepanu on pööratud uute materjalide väljatöötamisele,
mis omaksid kõrgendatud temperatuuri- ja kulumiskindlust. Eriti perspektiivsed on komposiidid,
mis võimaldavad ühendada erinevate materjalide häid omadusi. Valdav tendents on nanoosakeste
kasutamine komposiitides.
Paljude materjalide lähteainete ressursid looduses on piiratud. Eriti polümeeride, mida valmistatakse
peamiselt naftasaadustest. Vaja on tehnoloogiaid, mis võimaldaks kasutada uute materjalide
valmistamiseks sekundaarset toorainet. See on võib-olla materjaliteadlaste ja inseneride kõige
tähtsam ülesanne.
1.5 Keemiline side tahketes materjalides
1.5.1 Primaarsed (keemilised) sidemed
Tahketes materjalides esineb 3 tüüpi keemilist sidet: iooniline, kovalentne ja metalliline. Kõigis
võtavad sideme moodustamisest osa väliskihi e valentselektronid. Üldiselt tulenevad kõik 3 sidet
aatomite püüdest moodustada stabiilset elektronstruktuuri, nagu on inertgaasidel.
Iooniline side
Tekib metalli ja mittemetalli aatomite vahel. Metallid annavad kergesti ära, mittemetallid võtavad
juurde valentselektrone. Mõlemad aatomid muutuvad iooniks ja omandavad stabiilse elektronstruktuuri,
kus väliskihis on 8 elektroni (joon 1-5). Ioonide vahelised elektrostaatilised (kulonilised)
tõmbejõud tingivadki sideme tekkimise (joon 1-6).
Iooniline side ei oma suunda. Seetõttu püsiv juhul, kui iooni ümbritsevad ainult vastasmärgilised
ioonid. Iooniline side ei oma küllastust. Seetõttu on ioonse sidemega ainetes lähimate
naaberosakeste arv võimalikult suur ja määratud geomeetriliste faktoritega.
3