Hvad er materialevidenskab? College kurser, job, lønninger

Materialevidenskab er et tværfagligt STEM-felt, der involverer oprettelse og fremstilling af nye materialer med specifikke ønskede egenskaber. Materialevidenskab ligger ved grænsen mellem ingeniørvidenskab og naturvidenskab, og af den grund mærkes feltet ofte med begge udtryk: "materialevidenskab og teknik."

Udvikling og testning af nye materialer trækker på adskillige områder, herunder kemi, fysik, biologi, matematik, maskinteknik og elektroteknik.

Key Takeaways: Materials Science

Glaset på din mobiltelefonskærm, halvlederne, der bruges til at generere solenergi, det stødabsorberende plast af en fodboldhjelm, og metallegeringerne i din cykelramme er alle produkter af materialer videnskabsmænd. Nogle materialeforskere arbejder i den videnskabelige ende af spektret, da de designer og kontrollerer kemiske reaktioner for at skabe nye materialer. Andre arbejder meget mere på den anvendte videnskabs- og teknikside af feltet, når de tester materialer til specifikke applikationer, udvikle metoder til produktion af nye materialer og matche materialernes egenskaber til de krævede specifikationer for et produkt.

Fordi feltet er så bredt, opdeler colleges og universiteter typisk feltet i flere underfelter.

Keramik- og glasteknik er uden tvivl et af de ældste videnskabelige felter, for de første keramiske kar blev oprettet for omkring 12.000 år siden. Mens hverdagens genstande som service, toiletter, dræn og vinduer stadig er en del af feltet, er der kommet mange højteknologiske applikationer frem i de senere årtier. Cornings udvikling af Gorilla Glass - det stærke, holdbare glas, der bruges til næsten alle berøringsskærme - har revolutioneret mange teknologiske felter. Keramik af høj styrke, såsom siliciumcarbid og borcarbid, har adskillige industrielle og militære anvendelser og ildfaste materialer bruges overalt, hvor høje temperaturer er i spil, fra atomreaktorer til den termiske afskærmning rumfartøj. På den medicinske front har holdbarheden og styrken af ​​keramik gjort dem til en central del af mange ledudskiftninger.

Polymerforskere arbejder primært med plast og elastomerer - relativt lette og ofte fleksible materialer, der består af lange kædelignende molekyler. Fra plastikflasker til bildæk til kuglesikker Kevlar-veste spiller polymerer en dyb rolle i vores verden. Studerende, der studerer polymerer, har brug for stærke færdigheder inden for organisk kemi. På arbejdspladsen arbejder forskere med at skabe plast, der har den styrke, fleksibilitet, hårdhed, termiske egenskaber og endda optiske egenskaber, der er nødvendige for en given applikation. Nogle aktuelle udfordringer på området inkluderer udvikling af plast, der vil nedbryde miljøet, og skabe brugerdefinerede plastmaterialer til brug i livreddende medicinske procedurer.

Metallurgisk videnskab har en lang historie. Kobber er blevet brugt af mennesker i over 10.000 år, og meget stærkere jern går tilbage over 3.000 år. Faktisk kan fremskridt inden for metallurgi være forbundet med stigningen og faldet af civilisationer takket være deres anvendelse i våben og rustning. Metallurgi er stadig et vigtigt felt for militæret, men det har også en betydelig rolle inden for bil-, computer-, luftfarts- og byggebranchen. Metallurgikere arbejder ofte med at udvikle metaller og metallegeringer med den styrke, holdbarhed og termiske egenskaber, der kræves til en given anvendelse.

Elektroniske materialer i bredeste forstand er ethvert materiale, der bruges til at skabe elektroniske enheder. Dette underfelt af materialevidenskab kan involvere studiet af ledere, isolatorer og halvledere. Computer- og kommunikationsfelterne er meget afhængige af specialister inden for elektronisk materiale, og efterspørgslen efter eksperter vil forblive stærk i en overskuelig fremtid. Vi vil altid være på udkig efter mindre, hurtigere og mere pålidelige elektroniske enheder og kommunikationssystemer. Vedvarende energikilder såsom solenergi afhænger også af elektroniske materialer, og der er stadig et betydeligt rum for forbedringer i effektiviteten på denne front.

Feltet med biomaterialer har eksisteret i årtier, men det er startet i det 21. århundrede. Navnet "biomateriale" kan være lidt vildledende, for det henviser ikke til biologiske materialer såsom brusk eller knogler. I stedet henviser det til materialer, der interagerer med levende systemer. Biomaterialer kan være plast, keramik, glas, metal eller komposit, men de tjener en eller anden funktion relateret til medicinsk behandling eller diagnose. Kunstige hjerteklapper, kontaktlinser og kunstige samlinger er alle lavet af biomaterialer designet til at have specifikke egenskaber, der giver dem mulighed for at arbejde sammen med den menneskelige krop. Kunstige væv, nerver og organer er nogle af de nye forskningsområder i dag.

Hvis du er uddannet inden for materialevidenskab og teknik, skal du sandsynligvis studere matematik igennem differentielle ligninger og kerneprogrammet for en bachelorgrad vil sandsynligvis omfatte klasser i fysik, biologi, og kemi. Andre kurser vil være mere specialiserede og kan omfatte emner som disse:

• Mekanisk opførsel af materialer
• Materialebehandling
• Termodynamik af materialer
• Krystallografi og struktur
• Elektroniske egenskaber ved materialer
• Materialekarakterisering
• Kompositmaterialer
• Biomedicinske materialer
• polymerer

Generelt kan du forvente en masse kemi og fysik i dit materialevidenskabelige læseplan. Du har mange valgfag at vælge imellem, når du beslutter dig for en specialitet som plast, keramik eller metaller.

Hvis du er interesseret i materialevidenskab og teknik, finder du sandsynligvis de bedste programmer på omfattende universiteter og teknologiske institutter Mindre regionale universiteter og liberale kunstskoler har ikke en tendens til at have robuste programmer inden for teknik, især et tværfagligt felt som materialevidenskab, der kræver betydelig laboratorieinfrastruktur. Stærk programmer i materialevidenskab findes på følgende skoler i USA:

• California Institute of Technology (Caltech)
• Carnegie Mellon University
• Cornell University
• Georgia Institute of Technology (Georgia Tech)
• Massachusetts Tekniske Institut (MIT)
• Northwestern University
• Stanford University
• University of California i Berkeley
• University of Illinois i Urbana-Champaign
• University of Michigan i Ann Arbor

Husk, at alle disse skoler er meget selektive. Faktisk er MIT, Caltech, Northwestern og Stanford blandt de 20 mest selektive colleges i landet, og Cornell er ikke langt bagefter.

Næsten alle ingeniører har gode jobmuligheder i vores teknologiske verden, og materialevidenskab og ingeniørarbejde er ingen undtagelse. Din potentielle indtjening vil naturligvis være bundet til den type job, du forfølger. Materialeforskere kan arbejde i private, regerings- eller uddannelsessektorer. Payscale.com angiver, at den gennemsnitlige løn for en medarbejder med en bachelorgrad i materialevidenskab er $ 67.900 tidligt i en karriere og $ 106.300 i midten af ​​karrieren.