آنالیز مواد

طبقه بندی روش های تعیین مشخصات بر اساس ماهیت شناسایی مواد (آنالیز مواد)

طبقه بندی های گوناگونی برای روشهای شناسایی مواد وجود دارد، ولی ساده ترین و قابل قبول ترین آنها، بر مبنای ماهیت شناسایی و یا آنالیز است اگر هدف از شناسایی، تعیین نوع عنصر موجود در نمونه باشد، در اصطلاح به این روش آنالیز عنصری گویند. در این حالت، نوع عنصر بدون توجه به ساختار بلورین آن تعیین میشود. این نوع شناسایی را که از نظر تاریخی قدیمی ترین روش است، آنالیز شیمیایی نیز میگویند. روش دیگر شناسایی، تعیین نوع فازهاست که به آنالیز فازی مشهور است. در این روش، نوع ساختار بلورین یا کانی های موجود در ماده تعیین میشود. به عنوان مثال به کمک این روش، نوع مواد معدنی موجود در یک نمونه خاک رس مصرفی در صنایع سرامیک، مانند کوارتز (2SiO)، کائولینیت (Al2O3 2SiO2 2H2O)، تالک (MgO 4SiO2 H2O3) و مانند آنها تعیین خواهد شد. حال آنکه، در روش آنالیز عنصری، فقط مقدار سیلیسیم (Si)، آلومینیم (Al)، منیزیم (Mg) و شاید اکسیژن و هیدروژن شناسایی شوند و ارزیابی ساختار بلورین ماده، به گمان و پیش بینی آزمایش کننده وابسته خواهد شد. در شکل1 دسته بندی کلی روش های آنالیز و شناسایی مواد دیده می‌شود.

 
                                             
                                                 
                                                                                 

 
در این شکل، گروه دیگری از روش های شناسایی مواد، تحت عنوان آنالیز ریزساختاری معرفی شدهاند.
منظور از آنالیز یا شناسایی ریزساختاری، همان شناسایی میکروسکوپی است. در این حالت، شکل، اندازه و توزیع فازها بررسی می‌شود. باید توجه داشت که در ویژگی های یک نمونه، نه تنها نوع فازها، بلکه شکل، اندازه و توزیع آنها نیز اثر گذار هستند. بنابراین مطالعه این ویژگی ها در ساختار میکروسکوپی و به منظور ارزیابی رفتار نمونه ضروری است. در حقیقت، توسعه دانش و آگاهی در بررسی ماهیت مواد، در چند دهه اخیر، به مقدار زیادی در گروه آنالیز ریزساختاری بوده است. به ویژه مطالعه کامپوزیت ها، به عنوان مواد مهندسی جدید، بدون بهره گیری از روش های مطالعه ساختار میکروسکوپی امکان نداشت.
تمام روشهای آنالیز و شناسایی مواد، در یکی از این سه گروه قرار می‌گیرد. با این حال دو نوع آنالیز دیگر نیز وجود دارد که به خاطر اهمیت کاربردی و همچنین برخی تفاوتها، باید آنها را از این مجموعه جدا و به گونه های مستقل مطرح کرد. این دو نوع، عبارتند از آنالیز سطح و آنالیز حرارتی. بحث سطح در مهندسی نوین مواد جایگاه ویژهای یافته است. در اصل، سطح مواد جامد به خاطر ارتباط با محیط اطراف، وضعیت شیمیایی یکسانی با حجم نمونه ندارد. از طرف دیگر در بسیاری از کاربردها، سطح نمونه نقش مهمتری را بازی میکند. به عنوان مثال، در کاتالیزورها یا آسترهای ضد خوردگی، واکنش سطح با عوامل محیطی، تعیین کننده است. نکته قابل توجه دیگر، آن است که ترکیب شیمیایی در سطح با بدنه تفاوت دارد.
بنابراین با تعیین آنالیز شیمیایی کل نمونه، نمیتوان در مورد آنالیز سطح قضاوت کرد. گروه دیگری از روش های آنالیز و شناسایی، با نام آنالیز حرارتی شناخته میشود که به عنوان روشهای کمکی در خدمت شناسایی فازی عمل میکنند این روشها، اطلاعات بسیار مفیدی از رفتار حرارتی مواد در اختیار پژوهشگران می‌گذارند. از این رو، نه تنها برای شناسایی آنها، بلکه در طراحی های مهندسی نیز استفاده می‌شوند. این گروه، در یک شاخه مستقل در دستهبندی روش های شناخت قرار دارند. آنالیز حرارتی در کلیه رشتههای مواد و به ویژه در رشته سرامیک کاربرد دارد و اهمیت آن به دلیل ساخت مواد جدید، روز افزون است. در شکل2 دسته بندی جزئی تری از روشهای آنالیز و شناسایی مواد مشاهده می‌شود.
همانطور که پیداست روشهای آنالیز، به پنج شاخه اصلی تقسیم بندی شده اند. آنالیز سطح، به دلیل ماهیت عنصری بودن، در کنار آنالیز عنصری قرار گرفته، در حالی که آنالیز حرارتی که روش تکمیلی جهت شناسایی به شمار می‌رود، در انتها و بعد از آنالیز ریزساختاری قرار دارد. باید توجه کرد که این پنج شاخه، اصلی ترین روش های آنالیز و شناسایی را که برای علم مواد (به ویژه سرامیک و متالورژی) مورد نیاز است، را در بر می‌گیرند.
به عبارت دیگر، با این مجموعه می‌توان اطلاعات کاملی در مورد مواد فلزی، سرامیکی، معدنی و آلی به دست آورد. بدیهی است که روشهای گوناگون دیگری نیز وجود دارند که کاربردهای متعددی دارند و در مواردی می‌توانند بسیار مفید باشند.