材料科学与工程专业

材料科学与工程是研究材料的制备或加工工艺、材料结构与材料性能三者之间的相互关系的科学。材料其实是一门高度交叉的学科，所涉及的理论包括固体物理学，材料化学，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。材料科学是一门以实验为主的基础学科，比起电子工程，计算机科学，物理，化学这些学科来说，申请人数要少很多，在美国的大学里，材料专业并不是十分普及，只有偏重工程类的院校才设有这个专业，随着纳米技术，生物材料的发展，对于和先进电子技术和纳米科技相关的研究方向，比如微机电系统，纳米光电子材料，纳米生物材料等方向的竞争越来越激烈，而且随着美国金融危机的影响，在美国大部分的学校都在削减经费的情况下，申请全额奖学金的难度在逐步的增大，但是如果申请者条件优秀的话，一旦申请博士能够拿到录取的，一般都能获得全额奖学金资助。

一、专业研究方向
材料学专业的分支有很多，美国大部分有材料专业的学校都会有独立的epartment，material science专业一般分布在美国大学文理学院下，material science an engineering一般分布在工程学院下。材料专业有很多种方法进行分类，比如说：按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料，按用途分为电子材料、宇航材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。由于划分方法不一致，以及中国国内材料专业设置与美国大学专业设置的差异，让很多中国留学生达不到清晰认识美国材料专业，甚至产生误解，针对这样的情况，我跟在美国就读的材料专业的学生交流，以及结合美国材料工程这门课程的介绍，总结出如下材料学的分支方向。

1. metal materials 金属材料
2. ceramics 无机非金属材料
3. polymers 高分子材料
4. composites materials 复合材料
5. computational materials science 计算材料科学
6. biomaterials 生物材料
7. optical, electronic an magnetic materials 电子，光学与磁性材料

分支简介

1 .金属材料 metal materials
金属材料工程是一门实用性很强的专业,主要培养从事先进金属材料的设计、计算机模拟和结构性能预测,先进金属材料、传统金属材料和装饰材料的加工和处理,材料设计软件优化、材料制备加工工艺和性能综合优化,材料表面强化、功能化、复合化及其服役行为和环境效应,包括失效分析、寿命评估、材料自身的防护和环境保护以及失效后的回收再利用等方面高级工程技术人才。本专业培养方向较多,有金属材料与表面工程、腐蚀与防护、焊接工艺及设备、装饰材料与装饰工程、材料设计与计算机模拟等。

2. 无机非金属材料 研究最多的是ceramics
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。

3.高分子材料 polymers
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。现代，高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同，成为科学技术、经济建设中的重要材料。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。

4.复合材料 composites 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。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

5. 计算材料学 computational materials science
计算材料学，是材料科学与计算机科学的交叉学科，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，是材料科学研究里的“计算机实验”。它涉及材料、物理、计算机、数学、化学等多门学科。计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。前者使材料研究不是停留在实验结果和定性的讨论上，而是使特定材料体系的实验结果上升为一般的、定量的理论，后者则使材料的研究与开发更具方向性、前瞻性，有助于原始性创新，可以大大提高研究效率。因此，计算材料学是连接材料学理论与实验的桥梁。

6.生物材料 biomaterials
生物材料学是涉及生物材料的组成结构、性能与制备相互关系和规律的科学。其主要目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理的基础上，发展仿生学高性能工程材料，及用于人体组织器官修复与替代的新型医用材料。其主要研究内容有：生物过程形成的材料结构、生物矿化原理，材料生物相溶性机理，生物材料自主组装、自我修复的原理。

7. 电子，光学与磁性材料optical, electronic an magnetic materials
电子材料是指在电子技术和微电子技术中使用的材料，包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料以及其他相关材料。电子材料是现代电子工业和科学技术发展的物质基础，同时又是科技领域中技术密集型学科。它涉及到电子技术、物理化学、固体物理学和工艺基础等多学科知识。根据材料的化学性质，可以分为金属电子材料,电子陶瓷，高分子电子、玻璃电介质、云母、 气体绝缘介质材料，电感器、 绝缘材料、磁性材料、 电子五金件、电工陶瓷材料、 屏蔽材料、 压电晶体材料、电子精细化工材料、电子轻建纺材料、 电子锡焊料材料、pcb制作材料、其它电子材料。

二、申请难度分析

1. 金属材料metal materials
这个方向是材料领域最古老最传统的方向，竞争不是很激烈，对gpa以及gt成绩的要求都不是很高，申请者一般都是国内大学里金属材料或者金相专业的学生，金融危机后，美国大学，尤其是公立大学大幅度的削减了科研经费，像金属材料这样的冷门专业，教授拿到的经费减少，导致了申请全奖的概率减少。
2. 无机非金属材料 ceramics
这个专业方向也属于比较传统的方向，申请人数不是很多，不过近几年，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，不过申请的人数不是很多，将来就业的前景比金属材料要好，不仅可以在科研机构搞研究，而且某些陶瓷材料比如高温超导材料已经实现了产业化，就业的前景还是比较好的。
3. 高分子材料polymers
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。因此这个方向的竞争是比较激烈的。申请这个方向的学生一般来自高分子材料专业，还有化学系和化工系的学生。
4. composites materials 复合材料
复合材料领域每年都有很多的学生申请，有一定的竞争性，申请者的条件要达到gpa3.0，托福90以上
5. computational materials science 计算材料科学
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。就业前景很差。
6. biomaterials 生物材料
这个研究方向，是随着生物技术发展衍生出来的交叉学科，由于研究的项目主要针对医药材料方面，所以申请的人数每年都在逐年的增多，尤其是美国本土的学生，竞争压力很大，美国学校招生的门槛也是非常高的，想申请这个专业的ph全奖，托福一定要100分以上，而且口语23+，gre1350+，gpa是关键，3.5是基本的条件要求，最好能够达到3.8以上，排名前5。
7. optical, electronic an magnetic materials 电子，光学与磁性材料
这个研究方向是材料领域中竞争最激烈的方向，它和电子产业的发展有非常密切的关系，目前半导体领域的技术更新非常迅速，半导体芯片的发展非常迅速，这个研究方向是半导体芯片制造的重要基础。因此未来的就业前景是非常乐观的。


三、就业分析

我国的就业形势：

在21世纪，材料科学技术是国民经济发展的重要支撑，是航天、航空、信息、国防等高新技术进步的基础。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断扩大，机械制造业、电子信息制造业、汽车工业、建筑业等支柱产业的快速发展对原材料在质量、性能与数量等方面都提出了更高的要求。高新技术产业将带动新材料需求的增加，特别是电子信息材料以每年20%至30%的速度增长，生物医用材料以约20%的速度递增。此外新型能源材料、生态环境材料、航空航天材料等新材料的需求将随着社会经济的发展而迅速增加；复合材料的需求将有较大幅度的增加，特别是树脂基的复合材料。

材料行业的迅速发展急需大量人才。目前据相关专家分析，我国在材料成型设计方面缺乏的人才在20万到30万之间，并且呈逐年递增趋势，特别是材料科学与工程专业已经成了“抢手货”。目前我国整个材料行业都缺少高精尖人才，我国材料行业的人才缺失问题已经成了众多企业发展的桎梏。据广东一家科技产业公司的技术总监介绍，该公司主要从事碳化硼、碳化硅等产品的研发，急需材料人才。

美国的就业形势：

材料工程专业就业十分广泛，可在政府经济管理部门或建设单位、设计单位、建筑施工企业、工程建设监理单位、房地产开发企业、工程咨询公司、国际工程公司、投资与金融等单位从事工程管理等工作，也可在高等学校或科研机构从事相关专业教学或科研工作。

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