你不知道的材料科学与工程

材料科学与工程 (Materials Science an Engineering) 是一个多学科领域，涉及物质的性质及其在各个科学和工程领域的应用。它是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科学。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。随着近年来媒体将注意力大量集中在纳米科学和纳米技术上，材料科学在大学被推到了最前沿。它也是法医工程和失效分析中的一个重要组成部分。

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，因此总体的竞争不是非常激烈，当然，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要比传统的金属或者非金属材料的竞争激烈一些，不过获得奖学金还是比较容易的，绝大部分申请者只要能被录取，都能获得全额奖学金资助。

二级学科分析

1. 金属材料 Metallic Materials

研究内容主要包括 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。 以及其他合金比如 TiAl ， NiAl 等金属间化合物和非晶态合金，主要研究合金的相变，微观组织对金属材料力学和物理性能的影响，金属基复合材料的组织和性能的关系，材料的失效分析等等。

申请分析： 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。当然这个专业申请的人并不多，将来的就业范围基本上就是金属材料的科研领域，社会上的实用性比较差，就业前景不太好。

 

1. 无机非金属材料 Ceramic Materials

主要研究水泥、玻璃、光导纤维、非金属矿、绝缘材料、功能陶瓷如压电陶瓷，由于陶瓷材料耐高温、耐磨、硬度大在无机非金属材料中应用最广泛。 研究内容主要包括陶瓷材料的制备研究，如粉末冶金法，高温烧结法等等，以及陶瓷基复合材料的组织和性能的关系，还有一些功能陶瓷的研究，例如铁电陶瓷，压电陶瓷等等。

申请分析： 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。

 

1. 高分子材料 Polymer/Organic Materials

主要研究导橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料以及这些材料的制备、表征、加工、形貌、特性。 研究内容包括生物材料，导电高分子材料，生物高分子材料，自组织生物材料，水溶胶以及高分子材料的制备以及高分子材料加工－形貌－特性的关系的研究。 高分子材料的应用十分广泛，比方说轮胎、液晶电视、甚至防弹衣、航天飞机上都能用到高分子材料。

申请分析： 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。

 

1. 电子，光学与磁性材料 Optical ,Electronic an Magnetic Materials

这个方向主要研究半导体材料和器件，光电子材料和器件，磁性薄膜材料和器件，薄膜的生长，表面和界面的电子特性，微电子加工技术。

申请分析： 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。

 

1. 计算材料科学 Computational Materials Science

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。 利用 Monte Carlo 模拟以及分子动力学的方法进行材料结构，特性的模拟和理论计算，材料热力学和动力学过程的模拟，超大大分子材料的理论计算，复杂材料的统计力学计算等等。

申请分析： 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 PhD 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. 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。

 

7. 纳米材料 Nano Materials

主要研究量子力学、材料的机械性能、纳米科学与工程、端口的纳米机械和纳米生物技术、纳米结构材料、纳米材料、纳米材料的加工。纳米材料也是属于回报率比较高的一个研究方向，但是就业前景不是十分理想。

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。

 

材料科学发展的新兴方向

最近十几年，材料科学的发展具有高度交叉的特点，很多从事材料研究的学者都来自物理，化学，生物，电子工程等不同的背景。目前最尖端的材料研究领域是纳米线，纳米碳管的研究，以及半导体量子点，量子阱材料的研究以及 MEMS （微机电系统）的研究，比如纳米齿轮，纳米机器人等等，还有生物材料，比如人造器官，药物载体等等。这些领域都是材料科学的研究范畴，但是又和其他学科有密切的联系。

 

材料类专业的特点分析

美国有材料科学的大学分别有自己不同的特点，从名称上看都叫材料科学与工程，但实际上不同的学校研究的方向和侧重点有很大的差别，不同学术背景的申请者应该选择适合自己的学校申请。下面对美国开设材料科学与工程的学校进行分类说明。

 

1 ．综合材料类

这类学校是指上述所有领域的研究方向全部包括的学校，这些学校的综合排名和专业排名都非常高，申请难度比较大：

University of Illinois-Urbana Champaign

University of California at Berkley

MIT

Northwestern University

Pennsylvania State University

Georgia Institute of Technology

Cornell University

 

2 ．偏重金属材料方向的学校

这类学校的材料科学与工程系主要偏重粉末冶金，凝固与铸造，合金相变，磁性材料的性能与制备，材料的力学性能等等。

University of Tennessee, Michigan Tech,

New Mexico Institute of Mines an Tech,

University of Connecticut,

University of Missouri-Rolla,

Purue University,

Case Western Reserve University,

Michigan State University,

Auburn University,

Worcester Polytechnic Institute.

这类学校适合那些从事传统金属材料学习和研究的申请者。

 

3 ．偏重于高分子类材料的学校

University of Virginia,

University of Delaware,

University of California-Davis,

Clemson University ，

SUNY-Stony Brook.

这些学校适合那些在中国从事高分子材料或者化学，化工背景的申请者。

 

4 ．高度交叉类的学校，偏重于新兴纳米材料，半导体材料，纳米光电子材料的学校。

这类学校材料系研究的都是非常前沿的课题，他们的课题和教授都和其他的院系有非常紧密的联系，充分体现了当前材料研究的高度交叉性。

Princeton University （专门有普林斯顿材料研究院 PRISM ，主要从事纳米光电子，纳米量子材料了器件的研究，申请者不仅要有扎实的材料基础，同时还必须有非常强的物理电子学背景，申请的难度很大）

University of California-San Diego( 这个学校的材料系是不同的院系组合起来的，没有专门的材料系的 faculty ，几乎所有的项目都来自不同的院系。这样的材料系适合具有物理，化学，电子工程等专业背景，并偏重材料研究的申请者，对于专门学习材料专业的申请者不是非常合适 )

Columbia University （材料系是固体物理系和地质科学与采矿系共同组建的，主要从事半导体材料的研究，偏重于从固体物理的角度研究材料的特性，因此比较适合物理背景的申请者。材料系的申请者物理基础比较单薄，申请比较困难）

5 、西北大学

西北大学材料科学与工程系正式成立于 20 世纪 60 年代 , 是世界上第一个独立研究材料科学的系科。该系目前拥有核心全职教授 29 人 , 下设生物材料 (Biomaterials) 、设计与制造 (Design an Manufacturing) 、电子材料 (Electronic Materials) 、金属与陶瓷材料 (Metals & Ceramics) 、纳米材料 (Nanomaterials) 、聚合材料 (Polymeric Materials) 、表面科学 (Surface Science) 、能源材料 (Energy Materials) 八个研究方向。

6 、加州大学伯克利分校

加州大学伯克利分校材料科学与工程系目前在岗的全职教授近 30 人 , 主要研究领域包括以下五大方向 : 生物材料 (Biomaterials), 化学与电气化学材料 (Chemical an Electrochemical Materials), 计算材料 (Computational Materials), 电子、磁性与光学材料 (Electronic, Magnetic an Optical Materials), 结构材料 (Structural Materials) 。

伯克利分校材料科学与工程系的研究生具有独特的组织形式。系内由教授牵头 , 针对不同的研究方向成立了 25 个研究小组 , 研究生可根据自己的兴趣选择参加不同的小组。这样的教学方式鼓励学生在学习系内指定课程的同时积极参与各项科研活动 , 从而提升自身的研究能力。

9 、乔治亚理工学院

乔治亚理工学院设有独立的材料科学与工程学院 , 学院最近刚刚和高分子、纺织与纤维学院合并 , 组成了目前美国高校中规模最大的材料科学与工程学院。合并后的新学院拥有全职教授近 100 人 , 目前设有生物材料 (Biomaterials) 、陶瓷材料 (Ceramic Materials) 、合成材料 (Composites) 、电子材料 (Electronic Materials) 、铁电与磁性材料 (Ferroelectric an Magnetic Materials) 、材料特性 (Materials Characterization) 、材料合成与加工 (Materials Synthesis an Processing) 、金属材料 (Metals) 、建模与模拟 (Moeling an Simulation) 、分子光谱学 (Molecular Spectroscopy) 、高分子材料 (Polymers) 、流变学 (Rheology) 、结构材料 (Structural Materials) 和表面特性 (Surface Characterization) 等研究方向。

 

材料科学与工程是最近美国研究生申请的热门专业，其申请人数虽然不及电气工程、计算机科学等科目，但申请人数一直在上升，今天沙老师为大家介绍有关材料科学工程专业申请的相关信息，希望对大家的申请能有所帮助。

 

学科简介