Što je znanost o materijalima? Tečajevi na fakultetima, poslovi, plaće

Znanost o materijalima je multidisciplinarno STEM polje koje uključuje stvaranje i proizvodnju novih materijala sa specifičnim željenim svojstvima. Znanost o materijalima nalazi se na granici između inženjerstva i prirodnih znanosti, pa je iz tog razloga polje često označeno s oba izraza: „znanost o materijalu i inženjerstvo“.

Razvoj i testiranje novih materijala temelji se na brojnim poljima, uključujući kemiju, fiziku, biologiju, matematiku, strojarstvo i elektrotehniku.

Ključni dijelovi: Znanost o materijalima

Staklo zaslona vašeg mobitela, poluvodiči koji se koriste za stvaranje sunčeve energije, apsorbiraju šok plastika kacige za nogomet i metalne legure u vašem okviru za bicikle su svi proizvodi od materijala znanstvenici. Neki znanstvenici rade na kraju spektra znanosti dok dizajniraju i kontroliraju kemijske reakcije kako bi stvorili nove materijale. Drugi mnogo više rade na primijenjenoj znanosti i inženjerskoj strani polja dok testiraju specifične materijale aplikacije, razvijaju metode izrade novih materijala i usklađuju svojstva materijala s traženim specifikacijama za proizvod.

Budući da je polje toliko široko, fakulteti i sveučilišta ga obično raščlanjuju na nekoliko potpolja.

Keramika i staklo inženjerstvo su vjerojatno jedno od najstarijih znanstvenih područja, jer su prve keramičke posude nastale prije oko 12.000 godina. Iako su svakodnevni predmeti poput pribora za jelo, toaleta, umivaonika i prozora i dalje dio ovog polja, u posljednjih nekoliko desetljeća pojavile su se mnoge visokotehnološke aplikacije. Corningov razvoj Gorilla Glass-a - čvrsto i izdržljivo staklo korišteno za gotovo sve ekrane osjetljive na dodir - revolucioniralo je mnoga tehnološka polja. Keramika velike čvrstoće, poput silicij-karbida i bor-karbida, ima brojne industrijske i vojne svrhe i vatrostalni materijali koriste se bilo gdje u kojem su visoke temperature, od nuklearnih reaktora do termičkog oklopa letjelica. Što se tiče liječenja, izdržljivost i čvrstoća keramike učinili su ih središnjim dijelom mnogih zamjena zglobova.

Polimeri znanstvenici rade prvenstveno s plastikom i elastomerima - relativno laganim i često fleksibilnim materijalima sastavljenim od molekula dugačkih lanaca. Od plastičnih boca za piće do automobilskih guma do neprobojnih kevlar prsluka, polimeri igraju duboku ulogu u našem svijetu. Studenti koji proučavaju polimere trebat će snažne vještine iz organske kemije. Na radnom mjestu znanstvenici rade na stvaranju plastike koja ima čvrstoću, fleksibilnost, tvrdoću, termička svojstva, pa čak i optičke karakteristike potrebne za datu primjenu. Neki trenutni izazovi na terenu uključuju razvoj plastike koja će se raspasti u okolišu i stvaranje prilagođenih plastičnih masa za uporabu u medicinskim postupcima koji spašavaju živote.

Metalurška znanost ima dugu povijest. Bakar su ljudi koristili više od 10 000 godina, a mnogo jače željezo seže preko 3000 godina. Doista, napredak u metalurgiji može se povezati s usponom i padom civilizacija zahvaljujući njihovoj upotrebi u oružju i oklopu. Metalurgija je još uvijek važno vojno područje, ali ima značajnu ulogu u auto, računalnoj, zrakoplovnoj i građevinskoj industriji. Metalurzi često rade na razvoju metala i legura metala sa čvrstinom, izdržljivošću i toplinskim svojstvima potrebnim za datu primjenu.

Elektronički materijali u najširem smislu su materijali koji se koriste za izradu elektroničkih uređaja. Ovo podpolje znanosti o materijalima može uključivati ​​proučavanje vodiča, izolatora i poluvodiča. Računalna i komunikacijska polja uveliko se oslanjaju na stručnjake za elektronički materijal, a potražnja za stručnjacima ostat će snažna u doglednoj budućnosti. Uvijek ćemo tražiti manje, brže, pouzdanije elektroničke uređaje i sustave komunikacije. Obnovljivi izvori energije, poput sunca, također ovise o elektroničkim materijalima i na ovom pročelju još uvijek ima puno prostora za napredak u učinkovitosti.

Polje biomaterijala postoji već desetljećima, ali krenulo se u dvadeset prvom stoljeću. Naziv "biomaterijal" može biti pomalo pogrešan, jer se ne odnosi na biološke materijale poput hrskavice ili kosti. Umjesto toga, odnosi se na materijale koji su u interakciji sa živim sustavima. Biomaterijali mogu biti plastični, keramički, stakleni, metalni ili kompozitni, ali služe određenim funkcijama vezanim uz medicinsko liječenje ili dijagnozu. Umjetni srčani zalisci, kontaktne leće i umjetni zglobovi napravljeni su od biomaterijala dizajniranih tako da imaju specifična svojstva koja im omogućuju rad u suradnji s ljudskim tijelom. Umjetno tkivo, živci i organi neka su od današnjih istraživačkih područja.

Ako ste glavni u znanosti o materijalima i inženjerstvu, vjerojatno ćete trebati proučavati matematiku diferencijalne jednadžbe, a osnovni kurikulum za diplomu vjerojatno će uključivati ​​nastavu u fizika, biologija, i kemija. Ostali tečajevi bit će specijaliziraniji i mogu uključivati ​​teme poput ovih:

• Mehaničko ponašanje materijala
• Obrada materijala
• Termodinamika materijala
• Kristalografija i struktura
• Elektronička svojstva materijala
• Karakterizacija materijala
• Kompozitni materijali
• Biomedicinski materijali
• polimeri

Općenito, u vašem nastavnom planu i materijalima možete očekivati ​​puno kemije i fizike. Imate mnogo izbora za odabir između specijaliteta poput plastike, keramike ili metala.

Ako vas zanima materijalna znanost i inženjerstvo, vjerojatno ćete naći najbolje programe na sveobuhvatnim sveučilištima i tehnološkim institutima Manja regionalna sveučilišta i fakulteti za liberalnu umjetnost nemaju tendenciju da imaju robusne programe inženjerstva, posebno interdisciplinarno polje poput znanosti o materijalima koje zahtijeva značajnu laboratorijsku infrastrukturu. Snažni programi znanosti o materijalima mogu se naći u sljedećim školama u Sjedinjenim Državama:

• Kalifornijski tehnološki institut (Caltech)
• Sveučilište Carnegie Mellon
• Sveučilište Cornell
• Georgia Technology Institute (Georgia Tech)
• Tehnološki institut Massachusetts (MIT)
• Sveučilište sjeverozapadnjak
• Sveučilište Stanford
• Kalifornijsko sveučilište u Berkeleyu
• Sveučilište Illinois u Urbani-Champaign
• Sveučilište u Michiganu u Ann Arboru

Imajte na umu da su sve ove škole vrlo selektivne. Ustvari, MIT, Caltech, sjeverozapadnjak i Stanford svrstavaju se među 20 najselektivnije koledže u zemljii Cornell nije daleko iza.

Gotovo svi diplomirani inženjeri imaju dobre izglede za posao u našem tehnološkom svijetu, a znanost o materijalu i inženjerstvo nisu iznimka. Vaša potencijalna zarada, naravno, bit će vezana za vrstu posla koju obavljate. Znanstvenici mogu raditi u privatnom, državnom ili obrazovnom sektoru. Payscale.com navodi da je prosječna plaća zaposlenika s diplomom znanosti o materijalima na početku karijere 67.900 dolara, a sredinom karijere 106.300 dolara.