Ce este știința materialelor? Cursuri universitare, locuri de muncă, salarii

Știința materialelor este un câmp STEM multi-disciplinar care implică crearea și fabricarea de noi materiale cu proprietăți specifice dorite. Știința materialelor se află la granița dintre inginerie și științele naturii și, din acest motiv, domeniul este adesea etichetat cu ambii termeni: „știința materialelor și inginerie”.

Dezvoltarea și testarea de noi materiale se bazează pe numeroase domenii, inclusiv chimie, fizică, biologie, matematică, inginerie mecanică și inginerie electrică.

Cheie de luat în cheie: Știința materialelor

Sticla ecranului telefonului mobil, semiconductoarele folosite pentru a genera energie solară, absorbantă de șocuri materialele plastice ale unei căști de fotbal și aliajele metalice din cadrul bicicletei dvs. sunt toate produsele din materiale oameni de știință. Unii oameni de știință de materiale lucrează la capătul științei spectrului în timp ce proiectează și controlează reacțiile chimice pentru a crea materiale noi. Alții lucrează mult mai mult pe partea de știință și inginerie aplicată în domeniu, deoarece testează materiale specifice aplicații, dezvoltă metode de producere a materialelor noi și potrivește proprietățile materialelor cu specificațiile cerute pentru un produs.

Deoarece domeniul este atât de larg, colegiile și universitățile de obicei defalcă terenul în mai multe sub-domenii.

Ingineria ceramică și a sticlei este probabil unul dintre cele mai vechi domenii științifice, pentru că primele vase ceramice au fost create în urmă cu aproximativ 12.000 de ani. În timp ce obiectele de zi cu zi, cum ar fi tacamuri, toalete, chiuvete și ferestre sunt încă o parte din domeniu, multe aplicații de înaltă tehnologie au apărut în ultimele decenii. Dezvoltarea Corning de Gorilla Glass - sticla rezistentă și rezistentă folosită pentru aproape toate ecranele tactile - a revoluționat multe domenii tehnologice. Ceramica de înaltă rezistență, cum ar fi carbura de siliciu și carburul de bor, au numeroase utilizări industriale și militare și materialele refractare sunt utilizate oriunde sunt în joc temperaturi ridicate, de la reactoarele nucleare la ecranarea termică pornită nave spațiale. Pe partea medicală, durabilitatea și rezistența ceramicii le-a făcut o componentă centrală a multor înlocuitori de articulații.

Oamenii de știință polimeri lucrează în principal cu materiale plastice și elastomeri - materiale relativ ușoare și adesea flexibile, care sunt alcătuite din molecule cu lanț lung. De la sticlele de băut din plastic la anvelopele auto până la veșmintele Kevlar rezistente la gloanțe, polimerii joacă un rol profund în lumea noastră. Studenții care studiază polimeri vor avea nevoie de abilități puternice în chimia organică. La locul de muncă, oamenii de știință lucrează la crearea materialelor plastice care au rezistența, flexibilitatea, duritatea, proprietățile termice și chiar caracteristicile optice necesare pentru o anumită aplicație. Unele provocări actuale în domeniu includ dezvoltarea materialelor plastice care se vor descompune în mediul înconjurător și crearea de materiale plastice personalizate pentru utilizarea în procedurile medicale de salvare a vieții.

Știința metalurgică are o istorie lungă. Cuprul a fost folosit de oameni de peste 10.000 de ani, iar fierul mult mai puternic se întoarce peste 3.000 de ani. Într-adevăr, progresele în metalurgie pot fi conectate la ascensiunea și căderea civilizațiilor, datorită utilizărilor lor în arme și armuri. Metalurgia este încă un domeniu important pentru armată, dar are și un rol semnificativ în industria auto, computer, aeronautic și construcții. Metalurgiștii lucrează adesea la dezvoltarea de metale și aliaje metalice cu rezistența, durabilitatea și proprietățile termice necesare pentru o anumită aplicație.

Materialele electronice, în sensul cel mai larg, sunt orice materiale utilizate pentru crearea dispozitivelor electronice. Acest sub-domeniu al științei materialelor poate implica studiul conductorilor, izolatorilor și semiconductorilor. Domeniile de calcul și comunicare se bazează foarte mult pe specialiști în materiale electronice, iar cererea de experți va rămâne puternică pentru viitorul prevăzut. Vom căuta întotdeauna dispozitive electronice mai mici, mai rapide, mai fiabile și sisteme de comunicații. Sursele de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară, depind, de asemenea, de materialele electronice, și încă mai există loc semnificativ pentru avansări ale eficienței pe acest front.

Domeniul biomaterialelor a fost în jur de zeci de ani, dar a decolat în secolul XXI. Denumirea de "biomaterial" poate fi un pic înșelătoare, deoarece nu se referă la materiale biologice, cum ar fi cartilajul sau osul. În schimb, se referă la materiale care interacționează cu sistemele vii. Biomaterialele pot fi din plastic, ceramică, sticlă, metal sau compozite, dar servesc unele funcții legate de tratamentul sau diagnosticul medical. Ventilele cardiace artificiale, lentilele de contact și articulațiile artificiale sunt toate realizate din biomateriale concepute pentru a avea proprietăți specifice care le permit să lucreze împreună cu corpul uman. Țesuturi artificiale, nervi și organe sunt unele dintre domeniile de cercetare emergente astăzi.

Dacă te ocupi de știința materialelor și de inginerie, cel mai probabil va trebui să studiezi matematica ecuații diferențiale și curriculum-ul de bază pentru o diplomă de licență vor include, probabil, clase în fizică, biologie, și chimie. Alte cursuri vor fi mai specializate și ar putea include subiecte precum:

• Comportamentul mecanic al materialelor
• Procesarea materialelor
• Termodinamica materialelor
• Cristalografie și structură
• Proprietăți electronice ale materialelor
• Caracterizarea materialelor
• Materiale compozite
• Materiale biomedicale
• polimeri

În general, vă puteți aștepta mult la chimie și fizică în programa dvs. de știință a materialelor. Veți avea multe dintre elecții din care să alegeți pe măsură ce decideți o specialitate precum plastic, ceramică sau metale.

Dacă sunteți interesat de știința și ingineria materialelor, este posibil să găsiți cele mai bune programe la universități complete și institute tehnologice Universități regionale mai mici și colegii de arte liberale nu tind să aibă programe solide în inginerie, în special un domeniu interdisciplinar, precum știința materialelor, care necesită o infrastructură semnificativă de laborator. Programe puternice în știința materialelor pot fi găsite la următoarele școli din Statele Unite:

• Institutul de Tehnologie din California (Caltech)
• Universitatea Carnegie Mellon
• Universitatea Cornell
• Institutul de Tehnologie din Georgia (Georgia Tech)
• Institutul de tehnologie din Massachusetts (MIT)
• Universitatea de Nord-Vest
• Universitatea Stanford
• Universitatea din California la Berkeley
• Universitatea din Illinois la Urbana-Champaign
• Universitatea din Michigan la Ann Arbor

Rețineți că toate aceste școli sunt foarte selective. De fapt, MIT, Caltech, Northwestern și Stanford se situează printre cei 20 cele mai selective colegii din țarăși Cornell nu este departe.

Aproape toți absolvenții de inginerie au perspective bune de angajare în lumea noastră tehnologică, iar știința și ingineria materialelor nu face excepție. Veniturile dvs. potențiale, desigur, vor fi legate de tipul de muncă pe care îl urmați. Cercetătorii de materiale pot lucra în sectoare private, guvernamentale sau educaționale. Payscale.com afirmă că salariul mediu pentru un angajat cu diplomă de licență în știința materialelor este de 67.900 USD la începutul unei cariere și 106.300 USD la mijlocul carierei.