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什么是材料科学(毕业生所需的课程、工作前景和平均工资)

了解作为大学专业和专业的材料科学。发现材料科学专业的必修课程和平均工资。

什么是材料科学(毕业生所需的课程、工作前景和平均工资)

材料科学是一个多学科的 STEM 领域,涉及创造和制造具有特定所需特性的新材料。材料科学位于工程和自然科学之间的边界,因此,该领域通常被标记为两个术语:“材料科学与工程”。

新材料的开发和测试涉及许多领域,包括化学、物理学、生物学、数学、机械工程和电气工程。

关键要点:材料科学

  • 材料科学是一个广泛的跨学科领域,专注于创造具有特定特性的材料。
  • 该领域的专业包括塑料、陶瓷、金属、电气材料或生物材料。
  • 典型的材料科学课程强调数学、化学和物理。

材料科学专业

手机屏幕的玻璃、用于产生太阳能的半导体、足球头盔的减震塑料以及自行车车架中的金属合金都是材料科学家的产品。一些材料科学家在设计和控制化学反应以创造新材料时从事科学领域的工作。其他人则在该领域的应用科学和工程方面工作更多,因为他们测试特定应用的材料,开发生产新材料的方法,并将材料的特性与产品所需的规格相匹配。

由于该领域如此广泛,学院和大学通常将该领域分解为几个子领域。

陶瓷和玻璃

陶瓷和玻璃工程可以说是最古老的科学领域之一,因为第一批陶瓷器皿是在大约 12,000 年前创造的。虽然餐具、马桶、水槽和窗户等日常用品仍然是该领域的一部分,但近几十年来出现了许多高科技应用。康宁开发的大猩猩玻璃——一种用于几乎所有触摸屏的高强度、耐用玻璃——已经彻底改变了许多技术领域。碳化硅和碳化硼等高强度陶瓷具有多种工业和军事用途,耐火材料可用于任何高温环境,从核反应堆到航天器的热屏蔽。在医疗方面,陶瓷的耐用性和强度使其成为许多关节置换术的核心组成部分。

聚合物

聚合物科学家主要研究塑料和弹性体——由长链状分子组成的相对较轻且通常具有柔韧性的材料。从塑料饮水瓶到汽车轮胎再到防弹凯夫拉尔背心,聚合物在我们的世界中发挥着深远的作用。学习聚合物的学生需要很强的有机化学技能。在工作场所,科学家们致力于制造具有特定应用所需的强度、柔韧性、硬度、热性能甚至光学特性的塑料。该领域当前面临的一些挑战包括开发可在环境中分解的塑料,以及制造用于挽救生命的医疗程序的定制塑料。

金属

冶金科学历史悠久。人类使用铜已有 10,000 多年的历史,而强度更高的铁可追溯到 3,000 多年前。事实上,冶金学的进步可以与文明的兴衰联系起来,这要归功于它们在武器和盔甲中的应用。冶金仍然是军事的重要领域,但在汽车、计算机、航空和建筑行业也发挥着重要作用。冶金学家经常致力于开发具有给定应用所需的强度、耐用性和热性能的金属和金属合金。

电子材料

从广义上讲,电子材料是用于制造电子设备的任何材料。材料科学的这个子领域可以涉及导体、绝缘体和半导体的研究。计算机和通信领域对电子材料专家的依赖程度很高,在可预见的未来,对专家的需求仍将保持强劲。我们将一直在寻找更小、更快、更可靠的电子设备和通信系统。太阳能等可再生能源也依赖于电子材料,在这方面仍有很大的效率提升空间。

生物材料

生物材料领域已经存在了几十年,但它在 21 世纪开始腾飞。“生物材料”这个名称可能有点误导,因为它并不指软骨或骨骼等生物材料。相反,它指的是与生命系统相互作用的材料。生物材料可以是塑料、陶瓷、玻璃、金属或复合材料,但它们具有与医疗或诊断相关的某些功能。人造心脏瓣膜、隐形眼镜和人造关节都是由生物材料制成的,这些生物材料具有特定的特性,可以与人体协同工作。人造组织、神经和器官是当今一些新兴的研究领域。

大学材料科学课程

如果你主修材料科学和工程,你很可能需要通过微分方程学习数学,而学士学位的核心课程可能包括物理、生物和化学课程。其他课程将更加专业,可能包括以下主题:

  • 材料的力学行为
  • 材料加工
  • 材料热力学
  • 晶体学和结构
  • 材料的电子特性
  • 材料表征
  • 复合材料
  • 生物医学材料
  • 聚合物

一般来说,您可以在材料科学课程中期待很多化学和物理。当您决定塑料、陶瓷或金属等专业时,您将有许多选修课可供选择。

材料科学专业最好的学校

如果您对材料科学和工程感兴趣,您可能会在综合性大学和技术学院找到最好的课程 较小的地区大学和文理学院往往没有强大的工程课程,尤其是像材料科学这样的跨学科领域需要大量的实验室基础设施。在美国的以下学校可以找到强大的材料科学课程:

  • 加州理工学院(Caltech)
  • 卡内基·梅隆大学
  • 康奈尔大学
  • 佐治亚理工学院(Georgia Tech)
  • 麻省理工学院(MIT)
  • 西北大学
  • 斯坦福大学
  • 加州大学伯克利分校
  • 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校
  • 密歇根大学安娜堡分校

请记住,所有这些学校都是高度选择性的。事实上,麻省理工学院、加州理工学院、西北大学和斯坦福大学都位列全美最具选择性的 20 所大学之列,康奈尔大学紧随其后。

材料科学家的平均工资

几乎所有工程专业的毕业生在我们的技术领域都有很好的工作前景,材料科学与工程也不例外。当然,您的潜在收入将与您从事的工作类型相关。材料科学家可以在私人、政府或教育部门工作。拥有材料科学学士学位的员工在职业生涯早期的平均工资为 67,900 美元,职业中期为 106,300 美元。

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