材料科学

专业简介
材料科学，又名为材料工程，涉及物质的性质及其在各个科学和工程学领域的整合应用，是一个研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的跨领域学科。涉及的理论包括固体物理学，材料化学，应用物理和化学，以及化学工程，机械工程，土木工程和电机工程。与电子工程结合，则衍生出电子材料，与机械结合则衍生出结构材料，与生物学结合则衍生出生物材料等等。随着近年来媒体将注意力大量集中在纳米科学上，材料科学在科学与工程学领域越来越广为人知。它也是鉴识科学和破坏分析中的一个重要组成部分，以后者为例，它是分析各种飞航意外的关键。今日科技上的问题受限于材料能够容许的极限，也因此，在此领域的突破在未来科技具有指标性的影响。材料科学有着广泛的应用前景，因此被国际学术界誉为21世纪最有前途的学科。

中国和美国材料学差别有多大呢？
首先，从总体上看，美国的材料学教学和研究领先于中国的材料学教育与研究大约50年左右。其次，从教学内容上看，中国材料学的教学更加注重理论学习，实际操作经验较少，国内使用教材大多是从国外教科书翻译。理论学习中实验机会较少，主要分为材料加工，材料物理和化学三个教学方向。其中科研中常见方向包括但是不限于功能材料、铸造和耐磨材料、表面表面强化与器件制造、焊接研究、新材料、工程材料、材料强度研究。而美国材料学在本科学习过程中，更加注重实际操作经验, 本科学习期间理论和实践结合很密切。比如会用软件设计模型，用软件模拟铸造过程中可能产生的缺陷，然后进行实际操作，另外更加注重实习。

专业方向
材料科学可按多种方法进行分类。每个学校的研究侧重点也各有不同，下面我们为大家介绍几个常见的分支学科。具体分支方向及研究内容请到申请学校官网查询。

以下是材料学常见的一些研究方向：

1.金属材料metallic materials
材料领域最古老最传统的方向，主要学习包括金属和以金属为基的合金，如钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属，它们的微观结构对材料力学和物理性能影响，合金中不同成份比例对材料硬度、韧性、拉伸强度的影响。

这个方向是材料领域最古老最传统的方向，美国风气偏新材料而非传统材料，所以申请美国竞争不是很激烈，对gpa 以及gt 成绩的要求不是很高，申请者一般都是国内大学金属材料及相关专业的学生，即使学校一般，gpa 3.0 左右，toefl 90 左右，gre 310 左右，一般都可以获得top100 学校的录取。该方向申请人数不多，就业方向基本有二：金属材料的科研领域，留在实验室或做老师；进工业界做技术人员，如钢铁公司、冶金、机械、军工、航空航天、仪表等行业。金属材料在美国的就业前景比陶瓷材料要好很多，社会实用性强，就业前景比较乐观。

2.高分子材料和聚合物polymer
高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。研究内容包括活性聚合、新材料的合成与开发、聚合物结构与性能、反应性加工、先进复合材料及应用、超细材料及纳米材料、生物材料、新型功能材料、化学建材和化学纤维等。

高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。最近几年高分子材料的发展非常迅速，有很多美国大学都在高分子的研究领域投入了巨大的科研力量，这个领域不像金属材料，经过上百年的发展已经到了非常成熟的地步。高分子的兴起才几十年，研究成果层出不穷，高分子导电，软光刻技术的发展对电子工业的发展起到了巨大的推动作用。

这个方向的竞争还是比较大的。一般来说需要有物理或者化学以及跟高分子交叉的专业背景，平均分情况是：gpa >3.4, gre q>160, toefl>88﹙美国牛校会比平均分高﹚。研究生申请高分子材料ph， research experiences 和internship 会比申请者硬件条件更重要，所以硬件条件一般的学生可以在research experiences, internship, paper 上多下功夫。本科生申请ph，要在保证硬件条件很好的情况下，尽可能的去多进实验室做项目，为自己的resume 积累素材。关于奖学金，ph 的拿奖率大于master，所以学习时间会比较长，但是这个专业的回报率还是比较高的。就业方面可以从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作。

3.电子，光学和磁性材料optical、electronic an magnetic materials
主要研究光学与光谱学、液晶、聚合物二级管、光电池和光子晶体、半导体材料和装置、磁存储器、磁性薄膜及磁性发电机装置、压电晶体的表面和界面特性。主要课程有量子力学、材料化学、势力学及阶段均衡、结构固定的缺点、材料的机械性能、电子学、热力学、非结晶固定、高分子物理、材料成像、电子电磁材料。该专业在很多学校都是在ee 下面，作为materials science 与ee 的交叉学科，所以光电和磁学物理的同学可以直接申请。

该专业是现在材料科学中最大的热门，申请人数最多，竞争也就最为激烈。硬件条件和软件条件都有很高的要求。申请者在具备扎实的数学、物理、外语、电子学和计算机科学基础的同时，需要具备熟练的实验技能。由于现在社会朝微电子方向发展，所以就业前景是材料专业里最为乐观的，可以去电子业、研究机构、汽车等行业。

4.计算材料科学computational materials science
交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科。这个领域主要是理论研究，申请的人比较少，竞争不激烈。这个领域ph 学习难度比较大，完成学位的时间比较长，最短也要5 年，一般都是6 年。就业前景一般，职位一般集中于美国几个大型的国家实验室，如：橡树岭（oak rige）国家实验室等。

5.无机非金属材料ceramic materials
无机非金属材料是三大基础材料之一，包括结构陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷，耐火材料、玻璃、水泥等。研究内容主要包括固体电解质材料的制备，结构和性能研究；结构陶瓷的制备，组织结构和性能的研究；磁性材料、电性材料、压电陶瓷、半导体陶瓷等功能材料的制备和研究;古陶瓷和日用陶瓷的研究和开发；高温陶瓷、耐火材料的制备和开发等。该专业方向比金属材料难申请。近几年，陶瓷领域的发展比金属材料要迅速很多，例如，高温超导陶瓷材料的发现对经济产生了比较大的影响，目前在这个领域的研究非常活跃。因此这个申请方向比金属材料竞争激烈，将来就业主要是在科研机构搞研究。该方向gpa 要求3.0 以上，基于申请的不同学位，学校会对申请者有特殊的要求。在申请过程中，research experiences，internship 和论文有会对申请有一定促进作用，不同等级的学校在要求上会有所不同，这个专业申请的人数相对于申请金属材料的人略多一点，目前该专业就业状况供求基本平衡，但在从事更高层次的材料人才却比较短缺。无机非金属里玻璃方向的就业比其他陶瓷方向要乐观，陶瓷材料包括功能陶瓷正逐渐淡出工业界。

6.纳米材料nanometer materials
纳米科技的内容包含纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工学、纳米光子学、纳米检测与表征。而纳米材料与技术又是这些分支学科的共同交点，是纳米科技的核心和基础。通常纳米材料与半导体材料相关，与ee 高度重合，申请这个方向的同学可以去关注学校的ee 方向是否有相关的分支。就目前纳米科技整体发展状况而言，欧、美、日已大力发展多年，截至2007 年初，美国已投入56 亿美元用于纳米技术的研发，而日本每年用于纳米技术研究的投资也在5 亿美元左右。国内的纳米科技研究刚开始不久，无论是科研水平以及与市场的契合度，与欧美日差距都还很大。但是差距大也意味着潜力、空间大，一旦纳米技术进入生活，这方面的专业人才需求量肯定会急剧上升。纳米材料人才主要承担工作任务为纳米材料表征、石墨烯及碳纳米材料研发、纳米材料改性、纳米材料合成、无机纳米材料制备以及交叉学科纳米材料应用。纳米材料与技术专业毕业生一般都可以在科研院校及纳米材料、黏合剂、涂料、电镀、陶瓷等相关领域从事相关产品开发、生产和检测等工作。与材料专业方面的学生基本有着相似的职业发展道路。总的来说，纳米材料专业同学可以有以下去处：一是进入研究院从事纳米材料研发工作，这是纳米材料人才继续本领域内研究的主要途径。二是选择进入纳米材料行业企业。三是进入传统材料相关企业。

7.生物材料biomaterials
主要研究碳纳米管的合成及自然材料的特征、无机材料的合成、有机和生物材料化学、材料加工、材料热力学、生物应用材料、分子细胞和生物力学、材料力学和生物材料、材料成像。在研究过程中也会和仿生学相结合，比方说人造骨骼和人造肌肉。

8.能源材料energy materials
主要研究太阳能电池、能量贮存、经济和环境材料选择、高级能量转换的基础、固态元件和能量转换、材料的能量贮存、能量和材料制定政策、未来能源系统材料。应用最为广泛，也最常见的就是太阳能电池板了。

9.复合材料composite materials
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

常见学位
美国大学的材料科学与工程专业一般是设在工程学院下，有独立的epartment。其学位设置每个学校会有所不同，大体可以分为两种情况：
（1）只开设ms 和ph 学位，这里的ms 学位通常是针对就业的professional 学位；
（2）开设有常规的ms, meng 和ph 学位，ms 通常是两年，以授课为主，侧重学术，毕业后可以选择就业也可继续攻读ph 学位；而meng 则是一年，主要针对就业，更侧重于实践。

值得注意的是，有不少学校只对国际生开设ph 课程，即使有ms 学位的开设，招收国际学生的数量很少，甚至有一些学校mse ms 项目不收国际学生，或者只是挂名而不开班。所以想申mse 硕士的同学申请前务必确认所选的学校是否会招mse 国际硕士以及招收的人数情况。