Какво е материалознание? Курсове за колежи, работни места, заплати

Науката за материалите е мултидисциплинарна област STEM, която включва създаването и производството на нови материали със специфични желани свойства. Материалознанието се намира на границата между инженерството и естествените науки и поради тази причина полето често е обозначено с двата термина: „материалистика и инженерство“.

Разработката и тестването на нови материали обхваща множество области, включително химия, физика, биология, математика, машиностроене и електротехника.

Ключови заведения: Материалознание

Стъклото на екрана на вашия мобилен телефон, полупроводниците, използвани за генериране на слънчева енергия, поглъщащи ударите пластмаса на футболна каска и металните сплави във вашата велосипедна рамка са всички продукти от материали учени. Някои материали учените работят в края на научния спектър, докато проектират и контролират химични реакции за създаване на нови материали. Други работят много повече върху приложната наука и инженерната страна на областта, тъй като тестват материали за конкретни приложения, разработват методи за производство на нови материали и съответстват на свойствата на материалите с необходимите спецификации за продукт.

Тъй като полето е толкова широко, колежите и университетите обикновено разбиват полето на няколко подполета.

Керамичното и стъклотехническото производство е може би една от най-старите области на науката, тъй като първите керамични съдове са създадени преди около 12 000 години. Докато ежедневните предмети като посуда, тоалетни, мивки и прозорци все още са част от полето, през последните десетилетия се появяват много високотехнологични приложения. Развитието на Corilla на Gorilla Glass - високоякостното и издръжливо стъкло, използвано за почти всички сензорни екрани - направи революция в много технологични области. Керамиката с висока якост като силициев карбид и бор карбид има многобройни промишлени и военни приложения и огнеупорни материали се използват навсякъде, където се играят високи температури - от ядрени реактори до топлинно екраниране космически кораб. От медицински фронт, издръжливостта и здравината на керамиката ги превръщат в централен компонент на много подмяна на ставите.

Учените от полимери работят предимно с пластмаси и еластомери - сравнително леки и често гъвкави материали, съставени от молекули с дълги вериги. От пластмасови бутилки за пиене до автомобилни гуми до бронежилетки от кевлар, полимерите играят дълбока роля в нашия свят. Студентите, които изучават полимери, ще се нуждаят от силни умения по органична химия. На работното място учените работят за създаване на пластмаси, които имат здравина, гъвкавост, твърдост, топлинни свойства и дори оптични характеристики, необходими за дадено приложение. Някои актуални предизвикателства в тази област включват разработване на пластмаси, които ще се разпадат в околната среда, и създаване на персонализирани пластмаси за използване в животоспасяващи медицински процедури.

Металургичната наука има дълга история. Медта се използва от хората в продължение на 10 000 години, а много по-силно желязото минава назад в продължение на 3000 години. Всъщност напредъкът в металургията може да бъде свързан с възхода и падението на цивилизациите благодарение на използването им в оръжия и броня. Металургията все още е важно поле за военните, но също така играе значителна роля в автомобилната, компютърната, въздухоплавателната и строителната индустрия. Металургите често работят за разработване на метали и метални сплави със здравина, издръжливост и топлинни свойства, необходими за дадено приложение.

Електронните материали в най-широк смисъл са всякакви материали, използвани за създаване на електронни устройства. Това подполе на материалознанието може да включва изследване на проводници, изолатори и полупроводници. Компютърните и комуникационните области разчитат до голяма степен на специалисти по електронни материали, а търсенето на експерти ще остане силно в обозримо бъдеще. Винаги ще търсим по-малки, по-бързи, по-надеждни електронни устройства и системи за комуникация. Възобновяемите енергийни източници като слънчевата също зависят от електронните материали и на този фронт все още има значително място за напредък в ефективността.

Полето на биоматериалите съществува от десетилетия, но той излезе през двадесет и първи век. Името "биоматериал" може да бъде малко подвеждащо, тъй като не се отнася до биологични материали като хрущял или кост. Вместо това се отнася до материали, които взаимодействат с живите системи. Биоматериалите могат да бъдат пластмасови, керамични, стъклени, метални или композитни, но те изпълняват известна функция, свързана с медицинско лечение или диагностика. Изкуствените сърдечни клапи, контактните лещи и изкуствените стави са направени от биоматериали, проектирани да имат специфични свойства, които им позволяват да работят съвместно с човешкото тяло. Изкуствените тъкани, нервите и органите са някои от нововъзникващите изследователски области днес.

Ако сте основен в материалознанието и инженерството, най-вероятно ще трябва да изучавате математика диференциални уравнения и основната учебна програма за бакалавърска степен вероятно ще включва класове в физика, биология, и химия. Други курсове ще бъдат по-специализирани и могат да включват теми като тези:

• Механично поведение на материалите
• Обработка на материали
• Термодинамика на материалите
• Кристалография и структура
• Електронни свойства на материалите
• Характеристика на материалите
• Композитни материали
• Биомедицински материали
• Полимери

Като цяло можете да очаквате много химия и физика в учебната си програма по материалознание. Ще имате много факултативи, които да избирате, докато решите специалност като пластмаса, керамика или метали.

Ако се интересувате от материалознание и инженерство, най-вероятно ще намерите най-добрите програми в обширни университети и технологични институти. По-малки регионални университети и колежи по либерални изкуства не са склонни да имат стабилни програми в инженерството, особено интердисциплинарна област като материалознанието, която изисква значителна лабораторна инфраструктура. Силни програми в областта на материалознанието могат да бъдат намерени в следните училища в Съединените щати:

• Калифорнийски технологичен институт (Caltech)
• Университета Карнеги Мелън
• Университета Корнел
• Джорджия Технологичен институт (Джорджия Тех)
• Масачузетски институт по технологии (MIT)
• Северозападен университет
• Университет в Станфорд
• Калифорнийския университет в Бъркли
• Университета на Илинойс в Урбана-Шампан
• Университета на Мичиган в Ан Арбър

Имайте предвид, че всички тези училища са силно избирателни. Всъщност MIT, Caltech, Northwestern и Stanford се нареждат сред 20-те най-избирателните колежи в странатаи Корнел не изостава.

Почти всички завършили инженерни науки имат добри перспективи за работа в нашия технологичен свят и материалите и инженерните науки не са изключение. Вашите потенциални приходи, разбира се, ще бъдат обвързани с вида работа, която преследвате. Учените по материали могат да работят в частни, държавни или образователни сектори. Payscale.com заявява, че средната заплата за служител с бакалавърска степен по материалознание е 67 900 долара в началото на кариерата, а 106 300 долара в средата на кариерата.