Kas ir materiālu zinātne? Koledžas kursi, darba vietas, algas

Materiālu zinātne ir daudznozaru STEM joma, kas ietver jaunu materiālu radīšanu un ražošanu ar noteiktām vēlamajām īpašībām. Materiālu zinātne atrodas uz robežas starp inženierzinātnēm un dabaszinātnēm, un šī iemesla dēļ šī joma bieži tiek apzīmēta ar abiem vārdiem: "materiālu zinātne un inženierija".

Jaunu materiālu izstrāde un testēšana balstās uz daudzām jomām, ieskaitot ķīmiju, fiziku, bioloģiju, matemātiku, mašīnbūvi un elektrotehniku.

Galvenās izņemtās lietas: materiālu zinātne

Jūsu mobilā tālruņa ekrāna stikls, pusvadītāji, kurus izmanto saules enerģijas ģenerēšanai, ir triecieni absorbējoši futbola ķiveres plastmasa un metāla sakausējumi jūsu velosipēda rāmī ir visi materiālu izstrādājumi zinātnieki. Daži materiālu zinātnieki strādā spektra zinātniskajā galā, izstrādājot un kontrolējot ķīmiskās reakcijas, lai izveidotu jaunus materiālus. Citi daudz vairāk strādā pie lietišķās zinātnes un inženierzinātnes jomā, jo viņi testē materiālus konkrētiem lietojumprogrammas, izstrādā metodes jaunu materiālu ražošanai un saskaņo materiālu īpašības ar nepieciešamajām specifikācijām produktam.

Tā kā lauks ir tik plašs, koledžas un universitātes parasti to sadala vairākos apakšlaukos.

Keramikas un stikla inženierija neapšaubāmi ir viena no vecākajām zinātnes jomām, jo ​​pirmie keramikas trauki tika izveidoti apmēram pirms 12 000 gadu. Kaut arī ikdienas priekšmeti, piemēram, trauki, tualetes, izlietnes un logi, joprojām ir daļa no lauka, pēdējās desmitgadēs ir parādījušās daudzas augsto tehnoloģiju lietojumprogrammas. Korninga izstrādātā Gorilla Glass - augstas izturības, izturīgais stikls, ko izmanto gandrīz visiem skārienekrāniem - ir radījusi revolūciju daudzās tehnoloģiju jomās. Augstas stiprības keramikai, piemēram, silīcija karbīdam un bora karbīdam, ir daudz rūpniecisku un militāru pielietojumu, un ugunsizturīgie materiāli tiek izmantoti visur, kur ir augsta temperatūra, sākot no kodolreaktoriem un beidzot ar termisko ekranēšanu kosmosa kuģis. Medicīnas jomā keramikas izturība un izturība ir padarījusi tās par daudzu locītavu nomaiņu centrālo sastāvdaļu.

Polimēru zinātnieki galvenokārt strādā ar plastmasu un elastomēriem - salīdzinoši viegliem un bieži vien elastīgiem materiāliem, kas sastāv no garām ķēdēm līdzīgām molekulām. Sākot no plastmasas dzeramajām pudelēm līdz automašīnu riepām un beidzot ar ložu necaurlaidīgām Kevlara vestēm, polimēriem ir liela nozīme mūsu pasaulē. Studentiem, kuri studē polimērus, būs vajadzīgas spēcīgas prasmes organiskajā ķīmijā. Darbavietā zinātnieki strādā, lai izveidotu plastmasu, kurai būtu izturība, elastība, cietība, termiskās īpašības un pat optiskās īpašības, kas vajadzīgas konkrētam pielietojumam. Daži no pašreizējiem izaicinājumiem šajā jomā ir tādas plastmasas izstrāde, kas sadalīsies vidē, un pielāgotas plastmasas izveidošana lietošanai dzīvības glābšanas medicīniskās procedūrās.

Metalurģijas zinātnei ir sena vēsture. Varš ir lietots cilvēkiem vairāk nekā 10 000 gadu, un daudz stiprāks dzelzs ir radies vairāk nekā 3000 gadu laikā. Patiešām, sasniegumus metalurģijā var saistīt ar civilizāciju pieaugumu un krišanu, pateicoties to izmantošanai ieročos un bruņās. Metalurģija joprojām ir nozīmīgs militārā joma, taču tai ir arī nozīmīga loma auto, datoru, aeronautikas un būvniecības nozarē. Metalurgi bieži strādā, lai izstrādātu metālus un metālu sakausējumus ar izturību, izturību un termiskajām īpašībām, kas vajadzīgas konkrētam pielietojumam.

Elektroniski materiāli plašākā nozīmē ir visi materiāli, ko izmanto elektronisko ierīču radīšanai. Šajā materiālu zinātnes apakšnozarē var ietilpt vadītāju, izolatoru un pusvadītāju izpēte. Datoru un komunikāciju jomas ir ļoti atkarīgas no elektronisko materiālu speciālistiem, un pārskatāmā nākotnē pieprasījums pēc ekspertiem saglabāsies liels. Mēs vienmēr meklēsim mazākas, ātrākas, uzticamākas elektroniskās ierīces un sakaru sistēmas. Atjaunojamie enerģijas avoti, piemēram, saules enerģija, ir atkarīgi arī no elektroniskajiem materiāliem, un šajā jomā joprojām ir ievērojams uzlabojums efektivitātes uzlabošanā.

Biomateriālu lauks pastāv jau vairākus gadu desmitus, bet tas ir parādījies divdesmit pirmajā gadsimtā. Nosaukums "biomateriāls" var būt nedaudz maldinošs, jo tas neattiecas uz bioloģiskiem materiāliem, piemēram, skrimšļiem vai kaulu. Tā vietā tas attiecas uz materiāliem, kas mijiedarbojas ar dzīvām sistēmām. Biomateriāli var būt plastmasas, keramikas, stikla, metāla vai kompozītmateriāli, taču tie pilda kādu funkciju, kas saistīta ar ārstēšanu vai diagnostiku. Mākslīgie sirds vārsti, kontaktlēcas un mākslīgie savienojumi ir izgatavoti no biomateriāliem, kas izstrādāti ar īpašām īpašībām, kas ļauj tiem darboties kopā ar cilvēka ķermeni. Mākslīgie audi, nervi un orgāni ir dažas no jaunām pētījumu jomām mūsdienās.

Ja jums ir liela nozīme materiālu zinātnē un inženierzinātnēs, visticamāk, jums būs jāapgūst matemātika diferenciālvienādojumi, un bakalaura grāda pamatprogrammā, iespējams, tiks iekļautas nodarbības iekšā fizika, bioloģija, un ķīmija. Citi kursi būs vairāk specializēti, un tajos varētu ietilpt šādas tēmas:

• Materiālu mehāniskā izturēšanās
• Materiālu apstrāde
• Materiālu termodinamika
• Kristalogrāfija un uzbūve
• Materiālu elektroniskās īpašības
• Materiālu raksturojums
• Kompozītmateriāli
• Biomedicīnas materiāli
• Polimēri

Materiālu zinātnes programmā jūs varat sagaidīt daudz ķīmijas un fizikas. Jums būs daudz izvēles iespēju, no kurām izvēlēties, kad izvēlēsities tādu specialitāti kā plastmasa, keramika vai metāli.

Ja jūs interesē materiālu zinātne un inženierzinātnes, jūs, iespējams, atradīsit labākās programmas vispārējās universitātēs un tehnoloģiskajos institūtos. Mazākās reģionālās universitātes un brīvās mākslas koledžas nemēdz būt stabilas inženierzinātņu programmas, jo īpaši tāda starpdisciplināra joma kā materiālu zinātne, kurai nepieciešama ievērojama laboratoriju infrastruktūra. Spēcīgas programmas materiālu zinātnē ir atrodamas šādās ASV skolās:

• Kalifornijas Tehnoloģiju institūts (Caltech)
• Kārnegija Melona universitāte
• Kornela universitāte
• Džordžijas Tehnoloģiju institūts (Georgia Tech)
• Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts (MIT)
• Ziemeļrietumu universitāte
• Stenfordas universitāte
• Kalifornijas universitāte Bērklijā
• Ilinoisas Universitāte, Urbana-Champaign
• Mičiganas universitāte Ann Arborā

Ņemiet vērā, ka visas šīs skolas ir ļoti izvēlīgas. Faktiski MIT, Caltech, Northwestern un Stanford ierindojas starp 20 selektīvākās koledžas valstī, un Kornels nav tālu atpalicis.

Gandrīz visiem inženierzinātņu absolventiem ir labas darba iespējas mūsu tehnoloģiskajā pasaulē, un materiālu zinātne un inženierija nav izņēmums. Jūsu potenciālie ienākumi, protams, būs saistīti ar jūsu veikto darbu. Materiālu zinātnieki var strādāt privātajā, valdības vai izglītības sektorā. Payscale.com paziņo, ka vidējā alga darbiniekam ar bakalaura grādu materiālzinātnē ir 67 900 USD karjeras sākumā un 106 300 USD līdz karjeras vidum.