Co to jest materiałoznawstwo? Kursy dla studentów, oferty pracy, wynagrodzenia

Inżynieria materiałowa jest multidyscyplinarną dziedziną STEM, która obejmuje tworzenie i wytwarzanie nowych materiałów o określonych pożądanych właściwościach. Nauka o materiałach znajduje się na granicy inżynierii i nauk przyrodniczych, dlatego też dziedzinę tę często określają oba terminy: „nauka o inżynierii materiałowej”.

Opracowywanie i testowanie nowych materiałów opiera się na wielu dziedzinach, w tym chemii, fizyce, biologii, matematyce, inżynierii mechanicznej i elektrotechnice.

Kluczowe wydarzenia: Inżynieria materiałowa

Szkło ekranu telefonu komórkowego, półprzewodniki używane do generowania energii słonecznej, pochłaniające wstrząsy tworzywa sztuczne kasku piłkarskiego i stopy metali w ramie rowerowej są produktami z materiałów naukowcy. Niektórzy naukowcy zajmujący się materiałami pracują na końcu spektrum naukowego, projektując i kontrolując reakcje chemiczne w celu stworzenia nowych materiałów. Inni pracują znacznie więcej po stronie nauk stosowanych i inżynierii w tej dziedzinie, testując materiały pod kątem określonych aplikacje, opracuj metody produkcji nowych materiałów i dopasuj właściwości materiałów do wymaganych specyfikacji dla produktu.

Ponieważ dziedzina jest tak szeroka, uczelnie i uniwersytety zazwyczaj dzielą ją na kilka subpól.

Inżynieria ceramiki i szkła jest prawdopodobnie jedną z najstarszych dziedzin nauki, ponieważ pierwsze naczynia ceramiczne powstały około 12 000 lat temu. Podczas gdy przedmioty codziennego użytku, takie jak zastawa stołowa, toalety, umywalki i okna są nadal częścią tej dziedziny, w ostatnich dziesięcioleciach pojawiło się wiele zaawansowanych technologii. Opracowanie przez firmę Corning szkła Gorilla Glass - wytrzymałego i wytrzymałego szkła o wysokiej wytrzymałości stosowanego w prawie wszystkich ekranach dotykowych - zrewolucjonizowało wiele dziedzin technologii. Ceramika o wysokiej wytrzymałości, taka jak węglik krzemu i węglik boru, ma wiele zastosowań przemysłowych i wojskowych, oraz materiały ogniotrwałe są stosowane wszędzie tam, gdzie w grę wchodzi wysoka temperatura, od reaktorów jądrowych po osłony termiczne statek kosmiczny. Od strony medycznej trwałość i wytrzymałość ceramiki sprawiły, że są one głównym składnikiem wielu wymian stawów.

Naukowcy zajmujący się polimerami pracują przede wszystkim z tworzywami sztucznymi i elastomerami - stosunkowo lekkimi i często elastycznymi materiałami, które składają się z cząsteczek o długim łańcuchu. Od plastikowych butelek po opony samochodowe do kuloodpornych kamizelek kevlarowych, polimery odgrywają ogromną rolę w naszym świecie. Studenci studiujący polimery będą potrzebowali silnych umiejętności w chemii organicznej. W miejscu pracy naukowcy pracują nad stworzeniem tworzyw sztucznych o wytrzymałości, elastyczności, twardości, właściwościach termicznych, a nawet właściwościach optycznych niezbędnych do danego zastosowania. Niektóre aktualne wyzwania w tej dziedzinie obejmują opracowywanie tworzyw sztucznych, które rozpadną się w środowisku, oraz tworzenie niestandardowych tworzyw sztucznych do stosowania w ratujących życie procedurach medycznych.

Nauka metalurgiczna ma długą historię. Miedź jest używana przez ludzi od ponad 10 000 lat, a znacznie silniejsze żelazo sięga ponad 3000 lat. Rzeczywiście, postępy w metalurgii mogą być związane z powstaniem i upadkiem cywilizacji dzięki ich użyciu w broni i zbroi. Metalurgia jest nadal ważną dziedziną dla wojska, ale odgrywa także znaczącą rolę w przemyśle motoryzacyjnym, komputerowym, lotniczym i budowlanym. Metalurgiści często pracują nad opracowaniem metali i stopów metali o wytrzymałości, trwałości i właściwościach termicznych wymaganych dla danego zastosowania.

Materiały elektroniczne, w najszerszym tego słowa znaczeniu, to wszelkie materiały używane do tworzenia urządzeń elektronicznych. Ta dziedzina nauki o materiałach może obejmować badanie przewodników, izolatorów i półprzewodników. Dziedziny informatyki i komunikacji w dużej mierze opierają się na specjalistach w dziedzinie materiałów elektronicznych, a zapotrzebowanie na ekspertów pozostanie duże w dającej się przewidzieć przyszłości. Zawsze będziemy szukać mniejszych, szybszych, bardziej niezawodnych urządzeń elektronicznych i systemów komunikacji. Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, również zależą od materiałów elektronicznych, i nadal istnieje znaczna przestrzeń do poprawy wydajności na tym froncie.

Dziedzina biomateriałów istnieje od dziesięcioleci, ale zaczęła się rozwijać w XXI wieku. Nazwa „biomateriał” może być nieco myląca, ponieważ nie odnosi się do materiałów biologicznych, takich jak chrząstka lub kość. Zamiast tego odnosi się do materiałów wchodzących w interakcje z żywymi systemami. Biomateriały mogą być plastikowe, ceramiczne, szklane, metalowe lub kompozytowe, ale pełnią one pewne funkcje związane z leczeniem lub diagnozą medyczną. Sztuczne zastawki serca, soczewki kontaktowe i sztuczne stawy wykonane są z biomateriałów zaprojektowanych tak, aby miały określone właściwości, które pozwalają im współpracować z ludzkim ciałem. Sztuczne tkanki, nerwy i narządy to obecnie niektóre z nowych dziedzin badań.

Jeśli zajmujesz się materiałoznawstwem i inżynierią, najprawdopodobniej będziesz musiał studiować matematykę równania różniczkowe i podstawa programowa dla licencjata będą prawdopodobnie obejmować zajęcia w fizyka, biologia, i chemia. Inne kursy będą bardziej specjalistyczne i mogą obejmować takie tematy jak:

• Mechaniczne zachowanie materiałów
• Przetwarzanie materiałów
• Termodynamika materiałów
• Krystalografia i struktura
• Elektroniczne właściwości materiałów
• Charakterystyka materiałów
• Materiały kompozytowe
• Materiały biomedyczne
• Polimery

Ogólnie rzecz biorąc, możesz spodziewać się dużo chemii i fizyki w swoim programie nauczania materiałów. Będziesz miał wiele wyborów do wyboru, decydując się na specjalizację, taką jak tworzywa sztuczne, ceramika lub metale.

Jeśli interesujesz się materiałoznawstwem i inżynierią, prawdopodobnie znajdziesz najlepsze programy na wszechstronnych uniwersytetach i instytutach technologicznych Mniejsze uniwersytety regionalne i uczelnie sztuk wyzwolonych nie mają zwykle solidnych programów inżynierskich, zwłaszcza interdyscyplinarnych, takich jak inżynieria materiałowa, która wymaga znacznej infrastruktury laboratoryjnej. Silne programy w dziedzinie inżynierii materiałowej można znaleźć w następujących szkołach w Stanach Zjednoczonych:

• Instytut Technologiczny w Kalifornii (Caltech)
• Carnegie Mellon University
• Uniwersytet Cornella
• Georgia Institute of Technology (Georgia Tech)
• Instytut Technologii w Massachusetts (MIT)
• Uniwersytet Północno-Zachodni
• Uniwersytet Stanford
• University of California at Berkeley
• Uniwersytet illinois w Urbana-Champaign
• University of Michigan at Ann Arbor

Pamiętaj, że wszystkie te szkoły są wysoce selektywne. W rzeczywistości MIT, Caltech, Northwestern i Stanford znajdują się wśród 20 najbardziej selektywne uczelnie w kraju, a Cornell nie jest daleko w tyle.

Prawie wszyscy absolwenci inżynierii mają dobre perspektywy pracy w naszym świecie technologicznym, a inżynieria materiałowa i inżynieria nie jest wyjątkiem. Twoje potencjalne zarobki będą oczywiście powiązane z rodzajem wykonywanej pracy. Naukowcy zajmujący się materiałami mogą pracować w sektorze prywatnym, rządowym lub edukacyjnym. Payscale.com stwierdza, że ​​średnia pensja pracownika z licencjatem z inżynierii materiałowej wynosi 67 900 USD na początku kariery i 106 300 USD w połowie kariery.