Шта је наука о материјалима? Факултети, послови, плате

Наука о материјалима је мултидисциплинарна СТЕМ област која укључује стварање и производњу нових материјала са одређеним жељеним својствима. Наука о материјалима налази се на граници између инжењерства и природних наука, па је из тог разлога поље често означено са оба термина: „наука о материјалу и инжењерство“.

Развој и тестирање нових материјала заснива се на бројним пољима, укључујући хемију, физику, биологију, математику, машинство и електротехнику.

Кључни потези: наука о материјалима

Стакло екрана вашег мобилног телефона, полуводичи који се користе за производњу соларне енергије, апсорбирају шок пластика кациге за фудбал и металне легуре у оквиру вашег бицикла су производи материјала научници. Неки научници раде на крају научног спектра док дизајнирају и контролишу хемијске реакције како би створили нове материјале. Други раде много више на примењеној научној и инжењерској страни поља, јер тестирају специфичне материјале апликације, развијају методе за производњу нових материјала и усклађују својства материјала са траженим спецификацијама за производ.

Пошто је поље толико широко, факултети и универзитети га обично рашчлањују на неколико потпоља.

Инжењерство керамике и стакла сигурно је једно од најстаријих научних поља, јер су прве керамичке посуде настале пре око 12.000 година. Иако су свакодневни предмети попут прибора за јело, тоалета, умиваоника и прозора и даље део те области, у току последњих деценија појавиле су се многе високотехнолошке апликације. Цорнингов развој Горилла Гласс-а - чврстог и издржљивог стакла коришћеног за готово све додирне екране - револуционирао је многа технолошка поља. Керамика велике чврстоће, као што је силицијум-карбид и бор-карбид, има бројне индустријске и војне намене и ватростални материјали се користе где год се играју високе температуре, од нуклеарних реактора до термичког оклопа свемирске летелице. На медицинском плану, издржљивост и чврстоћа керамике учинили су их централном компонентом многих замјена зглобова.

Научници из полимера раде превасходно са пластиком и еластомерима - релативно лагани и често флексибилни материјали састављени од молекула дугих ланаца. Од пластичних боца за пиће до аутомобилских гума до кевлар прслука без метка, полимери играју дубоку улогу у нашем свету. Студенти који проучавају полимере требаће снажне вештине из органске хемије. На радном месту научници раде на стварању пластике која има чврстоћу, флексибилност, тврдоћу, термичка својства, па чак и оптичке карактеристике неопходне за дату примену. Неки тренутни изазови на пољу укључују развој пластике која ће се разградити у околини и стварање прилагођених пластичних маса за употребу у медицинским поступцима који спашавају живот.

Металуршка наука има дугу историју. Човек људи користе бакар преко 10.000 година, а много јаче гвожђе сеже преко 3.000 година. Доиста, напредак у металургији може се повезати са успоном и падом цивилизација захваљујући употреби оружја и оклопа. Металургија је и даље важно поље за војску, али такође има значајну улогу у аутомобилској, рачунарској, ваздухопловној и грађевинској индустрији. Металурзи често раде на развоју метала и легура метала са чврстином, издржљивошћу и топлотним својствима потребним за дату примену.

Електронски материјали у најширем смислу су сви материјали који се користе за израду електронских уређаја. Ово подпоље науке о материјалима може укључивати проучавање проводника, изолатора и полуводича. Рачунарска и комуникациона поља умногоме се ослањају на стручњаке за електронски материјал, а потражња за стручњацима остаће велика у догледној будућности. Увек ћемо тражити мање, брже, поузданије електронске уређаје и системе комуникације. Обновљиви извори енергије, као што је соларна, такође зависе од електронских материјала, и још увек постоји значајан простор за напредак у ефикасности на овом фронту.

Поље биоматеријала постоји већ деценијама, али је почело са радом у двадесет првом веку. Назив "биоматеријал" може бити помало погрешан, јер се не односи на биолошке материјале попут хрскавице или кости. Уместо тога, односи се на материјале који су у интеракцији са живим системима. Биоматеријали могу бити пластични, керамички, стаклени, метални или композитни, али служе одређеним функцијама везаним за медицинско лечење или дијагнозу. Вештачке срчане вентиле, контактне леће и вештачки зглобови направљени су од биоматеријала дизајнираних да имају специфична својства која им омогућавају да раде у спрези с људским телом. Вештачка ткива, нерви и органи нека су од ових подручја истраживања у настајању данас.

Ако сте главни у науци о материјалима и инжењерству, вероватно ћете требати да проучавате математику диференцијалне једначине, а основни наставни план и програм за основну диплому вероватно ће садржавати часове ин стање, биологија, и хемија. Остали курсеви ће бити специјализованији и могу укључивати теме попут ове:

• Механичко понашање материјала
• Обрада материјала
• Термодинамика материјала
• Кристалографија и структура
• Електронска својства материјала
• Карактеризација материјала
• Композитни материјали
• Биомедицински материјали
• Полимери

Уопштено, можете очекивати пуно хемије и физике у свом наставном плану и програму науке о материјалима. Имаћете много избора по избору када се одлучите за специјалност попут пластике, керамике или метала.

Ако вас занимају материјална наука и инжењерство, вероватно ћете наћи најбоље програме на свеобухватним универзитетима и технолошким институтима Мањим регионалним универзитетима и факултети за либералну уметност немају тенденцију да имају робусне програме у инжењерству, посебно интердисциплинарну област попут науке о материјалима која захтева значајну лабораторијску инфраструктуру. Снажни програми науке о материјалима могу се наћи у следећим школама у Сједињеним Државама:

• Калифорнијски технолошки институт (Цалтецх)
• Универзитет Царнегие Меллон
• Универзитет Цорнелл
• Георгиа Тецхнологи Институте (Георгиа Тецх)
• Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи (МИТ)
• Нортхвестерн Университи
• Станфорд универзитет
• Универзитет у Калифорнији у Берклију
• Универзитет Илиноис у Урбани-Цхампаигн
• Универзитет у Мичигену у Анн Арбору

Имајте на уму да су све ове школе веома селективне. У ствари, МИТ, Цалтецх, Северозападни и Станфорд сврставају се међу 20 најселективније колеџе у земљии Цорнелл није далеко иза.

Скоро сви дипломирани инжењери имају добре изгледе за посао у нашем технолошком свету, а наука о материјалу и инжењерство нису изузетак. Ваша потенцијална зарада, наравно, биће везана за врсту посла коју обављате. Научници за материјал могу да раде у приватном, државном или образовном сектору. Паисцале.цом каже да је просечна плата запосленог са основом дипломе науке о материјалима на почетку каријере 67.900 долара, а средином каријере 106.300 долара.