Mi az anyagtudomány? Főiskolai tanfolyamok, munkák, fizetések

Az anyagtudomány egy multidiszciplináris STEM terület, amely magában foglalja új, meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozását és gyártását. Az anyagtudomány a mérnöki és a természettudomány közötti határon helyezkedik el, és ezért a területet gyakran mindkét kifejezéssel felcímkézik: "anyagtudomány és műszaki tudomány".

Az új anyagok kifejlesztése és tesztelése számos területre támaszkodik, beleértve a kémiát, a fizikát, a biológiát, a matematikát, a gépipar és az elektrotechnika.

Kulcsfontosságú lehetőségek: Anyagtudomány

A mobiltelefon képernyőjének üvege, a napenergia előállításához használt félvezetők, az ütéscsillapító a futball sisak műanyagjai és a kerékpárkeret fémötvözetei mind az anyagok tudósok. Egyes anyagtudósok a spektrum tudományos végén dolgoznak, amikor megtervezik és irányítják a kémiai reakciókat új anyagok létrehozására. Mások sokkal többet alkalmaznak a terület alkalmazott tudományos és mérnöki oldalán, mivel az anyagokra tesztelik az adott anyagot alkalmazásokat, új anyagok előállításának módszereit fejleszti ki, és az anyagok tulajdonságait megfelelteti a szükséges előírásoknak egy termékre.

Mivel a terület annyira széles, a főiskolák és az egyetemek általában több részterületre bontják a területet.

A kerámia- és üveggyártás vitathatatlanul az egyik legrégebbi tudományos terület, mivel az első kerámiaedényeket 12 000 évvel ezelőtt hozták létre. Míg a mindennapi tárgyak, például asztali edények, WC-k, mosdók és ablakok továbbra is a mező részét képezik, az utóbbi évtizedekben számos csúcstechnológiai alkalmazás jelent meg. Corning fejlesztése a Gorilla Glass - a nagy szilárdságú, tartós üveg, amelyet szinte minden érintőképernyőhöz használ - sok technológiai területet forradalmasította. A nagy szilárdságú kerámiák, például a szilícium-karbid és a bór-karbid számos ipari és katonai felhasználásra alkalmasak, és tűzálló anyagokat használnak bárhol, ahol magas a hőmérséklet, a nukleáris reaktoroktól a hővédő bekapcsolásig űrhajó. Az orvosi szempontból a kerámiák tartóssága és szilárdsága sok ízületpótlás központi elemét tette őket.

A polimer tudósok elsősorban műanyagokkal és elasztomerekkel dolgoznak - viszonylag könnyű és gyakran rugalmas anyagok, amelyek hosszú láncszerű molekulákból állnak. A műanyag ivópalackoktól az autógumikig és a golyóálló Kevlar mellényekig a polimerek mélyreható szerepet játszanak világunkban. A polimereket tanulóknak erős organikus kémia készségekre lesz szükségük. A munkahelyen a tudósok olyan műanyagok készítésén dolgoznak, amelyek szilárdságát, rugalmasságát, keménységét, hő tulajdonságait és még az adott alkalmazáshoz szükséges optikai tulajdonságokat is tartalmazzák. A terület jelenlegi kihívásai között szerepel a környezetben lebomló műanyagok kifejlesztése és az életmentő orvosi eljárásokhoz történő felhasználásra szánt egyedi műanyagok létrehozása.

A kohászati ​​tudománynak hosszú története van. A rézet az emberek több mint 10 000 éve használják, és a sokkal erősebb vas 3000 évvel ezelőtt nyúlik vissza. A kohászat fejlődése valóban összekapcsolható a civilizációk növekedésével és bukásával, fegyverekben és páncélokban történő felhasználásuknak köszönhetően. A kohászat továbbra is fontos terület a katonaság számára, de jelentős szerepet játszik az autóiparban, a számítógépes, a repüléstechnikában és az építőiparban is. A kohászok gyakran dolgoznak olyan fémek és fémötvözetek kifejlesztésén, amelyek szilárdsága, tartóssága és termikus tulajdonságai egy adott alkalmazáshoz szükségesek.

Az elektronikus anyagok a legszélesebb értelemben bármilyen anyag, amelyet elektronikus eszközök készítéséhez használnak. Az anyagtudomány ezen alterülete vezetők, szigetelők és félvezetők tanulmányozását foglalhatja magában. A számítógépes és a kommunikációs terület nagymértékben függ az elektronikus anyagok szakembereitől, és a belátható jövőben továbbra is erős lesz a szakemberek iránti igény. Mindig kevesebb, gyorsabb, megbízhatóbb elektronikus eszközt és kommunikációs rendszert keresünk. A megújuló energiaforrások, például a napenergia is az elektronikus anyagoktól függenek, és ezen a téren még mindig jelentős előrelépés lehet a hatékonyság terén.

A biológiai anyagok területe évtizedek óta létezik, ám a huszonegyedik században elindult. A "biomateria" név kissé félrevezető lehet, mivel nem vonatkozik olyan biológiai anyagokra, mint a porc vagy a csont. Ehelyett olyan anyagokra utal, amelyek kölcsönhatásba lépnek az élő rendszerekkel. A biológiai anyagok lehetnek műanyag, kerámia, üveg, fém vagy kompozit anyagok, de ellátnak bizonyos funkciókat, amelyek az orvosi kezeléssel vagy diagnózissal kapcsolatosak. A mesterséges szívszelepek, kontaktlencsék és a műcsontok mind biológiai anyagokból készültek, amelyeket úgy terveztek, hogy olyan tulajdonságokkal rendelkezzenek, amelyek lehetővé teszik számukra az emberi testtel való együttműködést. A műszövetek, idegek és szervek ma felmerülő kutatási területek.

Ha az anyagtudomány és a mérnöki tudományok szakértője, akkor valószínűleg át kell tanulnia a matematikát differenciálegyenletek és a alapképzés alaptanterve valószínűleg osztályokat is tartalmaz ban ben fizika, biológiaés kémia. Más tanfolyamok speciálisabbak lesznek, és tartalmazhatnak olyan témákat, mint például:

• Az anyagok mechanikus viselkedése
• Anyagfeldolgozás
• Anyagok termodinamikája
• Kristályföldrajz és szerkezete
• Az anyagok elektronikus tulajdonságai
• Anyagok jellemzése
• Kompozit anyagok
• Orvosbiológiai anyagok
• polimerek

Általában nagyon sok kémiai és fizikai elvárást várhat az anyagtudományi tantervében. Számos választható választási lehetősége közül választhat, amikor úgy dönt, hogy olyan szakterületet választ el, mint például műanyag, kerámia vagy fémek.

Ha érdekli az anyagtudomány és a mérnöki munka, akkor valószínűleg megtalálja a legjobb programokat az átfogó egyetemeken és a technológiai intézetekben. Kisebb regionális egyetemeken és liberális művészeti főiskolák általában nem rendelkeznek robusztus mérnöki programokkal, főleg olyan interdiszciplináris területen, mint az anyagtudomány, amely jelentős laboratóriumi infrastruktúrát igényel. Erős anyagtudományi programok találhatók az Egyesült Államok következő iskoláiban:

• Kaliforniai Technológiai Intézet (Caltech)
• Carnegie Mellon Egyetem
• Cornell Egyetem
• Grúzia Technológiai Intézet (Georgia Tech)
• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• Északnyugati Egyetem
• Stanford Egyetem
• Kaliforniai Egyetem, Berkeley
• Illinoisi Egyetem, Urbana-Champaign
• A michiganiai egyetem, Ann Arbor

Ne feledje, hogy ezek az iskolák nagyon szelektívek. Valójában az MIT, a Caltech, a Northwestern és a Stanford szerepel a 20 ország között legszelektívebb főiskolák az országban, és Cornell nincs messze mögött.

Szinte minden mérnöki diplomával jó munkalehetőség van technológiai világunkban, és az anyagtudomány és a mérnöki munka sem kivétel. A potenciális jövedelmét természetesen az elvégzett munka típusához kell kötni. Az anyagtudósok dolgozhatnak magán-, kormányzati vagy oktatási szektorban. Payscale.com kijelenti, hogy az anyagtudományi diplomával rendelkező alkalmazottak átlagos fizetése a karrier kezdetén 67 900 dollár, a karrier közepén pedig 106 300 dollár.