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材料科学专业申请介绍



一、材料科学的定义 

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,再加上拥有材料科学专业的大学并不是每所大学都有,造成竞争很激烈。

 

二、材料科学与工程的研究方向 

金属材料 Metallic Materials 

研究内容主要包括钢铁材料,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的一项夕阳产业,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,即使学校一般,GPA在3.0 左右,TOEFL104左右,GRE320左右,再加上后期的套磁,比较容易获得博士全奖录取,对于硬件条件不好的MS申请也相对于容易一些,拿AD也是比较容易的事情。

 

无机非金属材料Ceramic Materials 

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,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。

 

 

高分子材料 Polymer/Organic Materials 

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。


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。因此这个方向属于一个大热的方向,申请人数比较多,竞争相对激烈。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。

 

电子,光学与磁性材料 Optical, Electronic and 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。

 

计算材料科学 Computational Materials Science 

主要是利用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,就业前景并不乐观。


材料科学发展的新兴方向: 

最近10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,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。


三、美国大学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 专业排名4 

University of California at Berkley 专业排名6

MIT 专业排名1 

Northwestern University 专业排名3

Pennsylvania State University 专业排名12 

Georgia Institute of Technology 专业排名6 

Cornell University 专业排名8


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。这类学校主要有University of Tennessee, Michigan Tech, New Mexico Institute of Mines and Tech, University of Connecticut, University of Missouri-Rolla, Purdue 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

 

四、就业分析

材料科学与工程师一门研究型的交叉学科,毕业生就业有两个大的方向,第一是进入学校或者研究所成为materials scientists , 第二是进入企业成为materials Engineers ,两者的主要目标都是 开发评估新材料,开发新的材料加工生产方式或对已有材料的用途进行拓展,对传统材料,如金属材料和陶瓷材料,以优化现有加工生产方式为主,如metallurgists and metallurgical Engineers , ceramic Engineers , and Welding Engineers, 对新兴材料,纳米材料,生物材料和电子信息材料,以开发高新种类材料为主。





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