Bien qu'un grand nombre de matériaux soit connu depuis fort longtemps et que les progrès de notre civilisation soient en partie conditionnés par les matériaux dont elle dispose, leur étude est une science récente. Sur le plan structural, la science des matériaux est née seulement à la fin du XIX^e siècle, à la suite de la découverte de la microstructure des aciers, puis s'est développée au début du XX^e siècle après la mise en évidence de la diffraction des rayons X par la matière, révélant ainsi l'architecture atomique des édifices cristallins. On a pris conscience ensuite du rôle des imperfections chimiques, électriques et mécaniques dans les cristaux. Les métaux ne furent plus les seuls matériaux étudiés, et des recherches furent entreprises sur les céramiques et les polymères synthétiques.

Traditionnellement, les matériaux ont été classés en métaux, céramiques, verres, textiles, polymères et matériaux composites, compte tenu de certaines propriétés caractéristiques, de leur méthode d'obtention et de leur utilisation industrielle. Chacune de ces divisions avait sa propre nomenclature, sa propre méthodologie, créait ses propres normes, rendant ainsi impossible toute comparaison.

On se rend compte actuellement que les propriétés de tous les matériaux résultent à la fois de la nature des éléments, mais aussi de l'arrangement plus ou moins ordonné des atomes qui les constituent, des imperfections qu'on y rencontre et des forces interatomiques. Toutes les propriétés macroscopiques peuvent être interprétées à partir des arrangements atomiques et des structures moléculaires caractérisées par leur type de liaison.

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