Что такое материаловедение? Курсы в колледже, работа, зарплата

Материаловедение - это междисциплинарная область STEM, которая включает в себя создание и производство новых материалов с определенными желаемыми свойствами. Материаловедение находится на границе между инженерной наукой и естественными науками, и по этой причине область часто обозначается обоими терминами: «материаловедение и инженерия».

Разработка и тестирование новых материалов опирается на многочисленные области, включая химию, физику, биологию, математику, машиностроение и электротехнику.

Ключевые выводы: материаловедение

Стекло экрана вашего мобильного телефона, полупроводники, используемые для генерации солнечной энергии, амортизаторы пластмасса футбольного шлема и металлические сплавы в раме вашего велосипеда - все это материалы ученые. Некоторые ученые в области материаловедения работают на научном конце спектра, разрабатывая и контролируя химические реакции для создания новых материалов. Другие гораздо больше работают в области прикладной науки и техники, когда тестируют материалы для конкретных целей. приложений, разработать методы для производства новых материалов, и сопоставить свойства материалов с требуемыми спецификациями для продукта.

Поскольку область настолько обширна, колледжи и университеты обычно разбивают область на несколько подполей.

Керамическая и стекольная инженерия, возможно, является одной из старейших областей науки, поскольку первые керамические сосуды были созданы около 12 000 лет назад. Хотя повседневные предметы, такие как столовые приборы, туалеты, раковины и окна, все еще являются частью отрасли, в последние десятилетия появилось много высокотехнологичных приложений. Разработка Corning для Gorilla Glass - высокопрочного и прочного стекла, используемого почти для всех сенсорных экранов, - произвела революцию во многих технологических областях. Высокопрочная керамика, такая как карбид кремния и карбид бора, имеет многочисленные промышленные и военные применения, и огнеупорные материалы используются везде, где действуют высокие температуры, от ядерных реакторов до тепловой защиты на Космический аппарат. На медицинском фронте прочность и прочность керамики сделали их центральным компонентом многих замен суставов.

Ученые-полимеры работают в основном с пластмассами и эластомерами - относительно легкими и часто гибкими материалами, которые состоят из длинных цепочечных молекул. Полимеры играют важную роль в нашем мире, от пластиковых бутылок для питья до автомобильных шин и бронежилетов из кевлара. Студентам, которые изучают полимеры, понадобятся сильные навыки в органической химии. На рабочем месте ученые работают над созданием пластиков, которые обладают прочностью, гибкостью, твердостью, термическими свойствами и даже оптическими характеристиками, необходимыми для конкретного применения. Некоторые текущие проблемы в этой области включают разработку пластика, который разрушит окружающую среду, и создание нестандартного пластика для использования в жизненно важных медицинских процедурах.

Металлургическая наука имеет давнюю историю. Медь использовалась людьми более 10 000 лет, а более крепкое железо насчитывает более 3000 лет. Действительно, достижения в металлургии могут быть связаны с взлетом и падением цивилизаций благодаря их использованию в оружии и доспехах. Металлургия по-прежнему является важной областью для военных, но она также играет важную роль в автомобильной, компьютерной, авиационной и строительной отраслях. Металлурги часто работают над разработкой металлов и металлических сплавов с прочностью, долговечностью и термическими свойствами, необходимыми для данного применения.

Электронные материалы, в широком смысле, - это любые материалы, используемые для создания электронных устройств. Это подразделение материаловедения может включать изучение проводников, изоляторов и полупроводников. Компьютерные и коммуникационные области в значительной степени зависят от специалистов по электронным материалам, и в обозримом будущем спрос на экспертов будет оставаться высоким. Мы всегда будем искать меньшие, более быстрые, более надежные электронные устройства и системы связи. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, также зависят от электронных материалов, и в этом направлении еще есть значительные возможности для повышения эффективности.

Область биоматериалов существует уже несколько десятилетий, но в двадцать первом веке она начала развиваться. Название «биоматериал» может вводить в заблуждение, поскольку оно не относится к биологическим материалам, таким как хрящ или кость. Вместо этого это относится к материалам, которые взаимодействуют с живыми системами. Биоматериалы могут быть пластиковыми, керамическими, стеклянными, металлическими или композитными, но они выполняют некоторые функции, связанные с лечением или диагностикой. Искусственные клапаны сердца, контактные линзы и искусственные суставы - все это сделано из биоматериалов, разработанных для того, чтобы обладать особыми свойствами, которые позволяют им работать вместе с человеческим телом. Искусственные ткани, нервы и органы являются одними из новых областей исследований сегодня.

Если вы специализируетесь в области материаловедения и инженерии, вам, скорее всего, придется изучать математику через дифференциальные уравнения, и основной учебный план для степени бакалавра, вероятно, будет включать в себя классы в физика, биология, и химия. Другие курсы будут более специализированными и могут включать следующие темы:

• Механическое поведение материалов
• Обработка материалов
• Термодинамика материалов
• Кристаллография и структура
• Электронные свойства материалов
• Характеристика материалов
• Композитные материалы
• Биомедицинские материалы
• Полимеры

В целом, вы можете ожидать много химии и физики в вашей учебной программе материаловедения. У вас будет выбор по выбору, так как вы выбираете специальность, такую ​​как пластик, керамика или металл.

Если вас интересует материаловедение и инженерия, вы, вероятно, найдете лучшие программы в общеобразовательных университетах и ​​технологических институтах. гуманитарные колледжи не склонны иметь надежные программы в области машиностроения, особенно в междисциплинарной области, такой как материаловедение, которая требует значительной лабораторной инфраструктуры. Сильные программы в области материаловедения можно найти в следующих школах в Соединенных Штатах:

• Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт)
• Университет Карнеги Меллон
• Корнелл Университет
• Технологический институт Джорджии (Технологии Джорджии)
• Массачусетский Технологический Институт (MIT)
• Северо-западный университет
• Стэндфордский Университет
• Калифорнийский университет в Беркли
• Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне
• Мичиганский университет в Анн-Арборе

Имейте в виду, что все эти школы очень избирательны. На самом деле, MIT, Caltech, Northwestern и Stanford входят в число 20 самые отборные колледжи в странеи Корнелл не сильно отстает.

Почти все выпускники инженерных специальностей имеют хорошие перспективы работы в нашем технологическом мире, и материаловедение и инженерия не являются исключением. Ваш потенциальный заработок, конечно, будет зависеть от типа работы, которую вы выполняете. Материаловеды могут работать в частном, государственном или образовательном секторах. Payscale.com утверждает, что средняя зарплата работника со степенью бакалавра в области материаловедения составляет 67 900 долларов в начале карьеры и 106 300 долларов в середине карьеры.