固态
材料是固体，而固体分为两大类：晶体，其中原子以或多或少规则的阵列堆叠；以及非晶体，其中原子不以规则阵列堆叠
第 217 卷， 第 3 期
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专题报道
金属的性质
将金属原子结合在一起的电子气体使金属表现出它们现在的行为。特别是它们的机械性能，源于金属键所偏爱的密堆积晶体结构
陶瓷的性质
它们通常由金属和非金属原子组成，这些原子通过部分离子键和部分共价键连接在一起。这赋予了它们硬度、脆性和耐热性等特性
玻璃的性质
玻璃结构的几何形状是在通往有序的道路上的无序几何形状。玻璃制造者的艺术可以用热力学、化学键和分子结构来解释
聚合物材料的性质
在合成长链分子时，人类模仿天然聚合物，如纤维素。今天，自然正在被超越，聚合物正在进化，它们可能足够坚硬，可以用于重型建筑
复合材料的性质
金属、陶瓷、玻璃和聚合物可以组合成具有自身独特性能的材料。自然界在木材和骨骼中使用了这一原理；人类将其应用于新的超级材料系列中
材料的热性能
热量是如何通过材料传导的？关键是声子，一种类似粒子的波包，它可以穿过固体，尽管晶格中的原子被锚定在原位
材料的电性能
材料对电流的电阻率差异高达 23 个数量级。量子力学的见解正在帮助使整个范围更易于为技术所用
材料的化学性质
在处理固体材料时，化学家不仅关注腐蚀和化学合成等问题，还关注固体内部发生的化学事件，例如沉淀
材料的磁性能
为什么原子具有磁性是众所周知的，但为什么某些材料具有磁性则不太清楚。尽管如此，磁性材料的进步使得从冰箱门闩到计算机存储器等设备成为可能
材料的光学性质
对元素光谱特性的量子力学解释使得许多技术进步成为可能，例如激光器的发展
材料的竞争
现在所有材料的性能都得到了更好的理解，很明显，非常不同的材料可以用于相同的目的。 这就需要涉及技术和经济的微妙选择