Les matériaux sont généralement classés en plusieurs grandes catégories selon leur nature chimique et leurs propriétés physiques : métaux, céramiques, polymères, composites et biomatériaux. Métaux : Les métaux, tels que l'acier, l'aluminium et le cuivre, sont choisis pour leur robustesse et leur conductivité. Ils sont souvent utilisés dans la construction, l'industrie automobile et la fabrication d'appareils électroménagers. Céramiques : Ces matériaux, comme la porcelaine et les verres, sont durs, résistants à la chaleur mais généralement cassants. Ils sont utilisés dans les applications à haute température et dans la fabrication de produits de construction. Polymères : Également connus sous le nom de matières plastiques, les polymères comme le polyéthylène et le polystyrène sont légers et malléables, utilisés dans un large éventail d'applications, de l'emballage à l'électronique. Composites : Les matériaux composites, comme les fibres de carbone, combinent au moins deux matériaux distincts pour obtenir des propriétés supérieures, tels que la légèreté et une grande résistance. Biomatériaux : Matériaux spécialement développés pour interagir avec des systèmes biologiques, souvent utilisés en médecine pour remplacer ou réparer des tissus endommagés.

Les propriétés physiques des matériaux déterminent comment ceux-ci réagissent à des environnements ou à des contraintes externes. Ces propriétés incluent : Densité : La densité est la masse d'un matériau par unité de volume, influençant la légèreté ou la lourdeur d'un matériau. Conductivité thermique : C'est la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Les métaux, par exemple, ont généralement une conductivité thermique élevée, tandis que les polymères ont tendance à être isolants. Conductivité électrique : La conductivité électrique mesure la capacité d'un matériau à conduire le courant électrique. Les métaux sont de bons conducteurs, tandis que les céramiques et les polymères sont généralement des isolants. Expansion thermique : Cette propriété fait référence à la manière dont un matériau se dilate à mesure qu'il est chauffé. Les ponts et les bâtiments doivent prendre en compte l'expansion thermique pour prévenir les déformations.

Les propriétés mécaniques sont cruciales pour déterminer l'utilisation possible de matériaux dans des applications structurelles. Voici quelques propriétés clés : Résistance à la traction : La résistance d'un matériau à se briser sous tension. Des matériaux comme le titane et les fibres de carbone sont connus pour leur haute résistance à la traction. Élasticité : Capacité d'un matériau à revenir à sa taille originale après déformation. L'acier et les certains polymères, comme le caoutchouc naturel, sont très élastiques. Dureté : Mesure de la résistance d'un matériau à la pénétration ou à l'abrasion. Des matériaux comme le diamant ou la céramique sont extrêmement durs. Fatigue : Capacité d'un matériau à résister à des charges cycliques sur de longues périodes. Les alliages métalliques sont souvent testés pour leur résistance à la fatigue, surtout dans des applications aéronautiques.

Les propriétés chimiques déterminent comment un matériau réagit avec d'autres substances. Ces propriétés sont essentielles pour anticiper la durabilité et la stabilité chimique : Résistance à la corrosion : Capacité d'un matériau à résister aux réactions chimiques qui peuvent le détériorer. Les aciers inoxydables et les composites polymères sont souvent choisis pour leur résistance à la corrosion. Réactivité chimique : La propension d'un matériau à réagir chimiquement avec d'autres substances. Les métaux alcalins, par exemple, sont très réactifs. Stabilité chimique : La résistance d'un matériau à subir des changements chimiques, même sous l'action de facteurs environnementaux. Les matériaux stables, comme certains polymères, sont choisis pour des applications à long terme.