Ce este știința materialelor?

Știința materialelor este un câmp STEM multi-disciplinar care implică crearea și fabricarea de noi materiale cu proprietăți specifice dorite. Știința materialelor se află la granița dintre inginerie și științele naturii și, din acest motiv, domeniul este adesea etichetat cu ambii termeni: „știința materialelor și inginerie”.

Dezvoltarea și testarea de noi materiale se bazează pe numeroase domenii, inclusiv chimie, fizică, biologie, matematică, inginerie mecanică și inginerie electrică.

Cheie de luat în cheie: știința materialelor

• Știința materialelor este un domeniu larg, interdisciplinar, axat pe crearea de materiale care au proprietățile specifice.
• Specializările din domeniu includ materiale plastice, ceramică, metale, materiale electrice sau biomateriale.
• Un curriculum tipic de știință a materialelor pune accentul pe matematică, chimie și fizică.

Specializări în știința materialelor

Sticla ecranului telefonului mobil, semiconductorii folosiți pentru a genera energie solară, materialele plastice absorbante de șocuri ale unei căști de fotbal și aliajele metalice din cadrul bicicletei dvs. sunt toate produsele oamenilor de știință. Unii oameni de știință de materiale lucrează la capătul științei spectrului în timp ce proiectează și controlează reacțiile chimice pentru a crea materiale noi. Alții lucrează mult mai mult pe partea de știință și inginerie aplicată în domeniu, deoarece testează materialele pentru aplicații specifice, dezvoltă metode pentru producerea de noi materiale și potrivește proprietățile materialelor cu specificațiile cerute pentru un produs.

Deoarece domeniul este atât de larg, colegiile și universitățile de obicei defalcă terenul în mai multe sub-domenii.

Ceramica și Sticlă

Ingineria ceramică și a sticlei este probabil unul dintre cele mai vechi domenii științifice, pentru că primele vase ceramice au fost create în urmă cu aproximativ 12.000 de ani. În timp ce obiectele de zi cu zi, cum ar fi tacamuri, toalete, chiuvete și ferestre sunt încă o parte a domeniului, multe aplicații de înaltă tehnologie au apărut în ultimele decenii. Dezvoltarea Corning de Gorilla Glass - sticla rezistentă, rezistentă, utilizată pentru aproape toate ecranele tactile - a revoluționat multe domenii tehnologice. Ceramica de înaltă rezistență, cum ar fi carbura de siliciu și carburul de bor, au numeroase utilizări industriale și militare, iar materialele refractare sunt utilizate oriunde sunt în joc temperaturi ridicate, de la reactoarele nucleare la ecranarea termică a navei spațiale. Pe partea medicală, durabilitatea și rezistența ceramicii le-a făcut o componentă centrală a multor înlocuitori de articulații.

polimeri

Oamenii de știință polimerici lucrează în principal cu materiale plastice și elastomeri, relativ relativ ușoare și deseori flexibile, care sunt alcătuite din molecule lungi, precum lanțul. De la sticlele de băut din plastic la anvelopele auto până la veșmintele Kevlar rezistente la gloanțe, polimerii joacă un rol profund în lumea noastră. Studenții care studiază polimeri vor avea nevoie de abilități puternice în chimia organică. La locul de muncă, oamenii de știință lucrează la crearea materialelor plastice care au rezistența, flexibilitatea, duritatea, proprietățile termice și chiar caracteristicile optice necesare pentru o anumită aplicație. Unele provocări actuale în domeniu includ dezvoltarea materialelor plastice care se vor descompune în mediul înconjurător și crearea de materiale plastice personalizate pentru utilizarea în procedurile medicale de salvare a vieții.

metale

Știința metalurgică are o istorie lungă. Cuprul a fost folosit de oameni de peste 10.000 de ani, iar fierul mult mai puternic se întoarce peste 3.000 de ani. Într-adevăr, progresele în metalurgie pot fi conectate la ascensiunea și căderea civilizațiilor, datorită utilizărilor lor în arme și armuri. Metalurgia este încă un domeniu important pentru armată, dar are și un rol semnificativ în industria auto, computer, aeronautic și construcții. Metalurgiștii lucrează adesea la dezvoltarea de metale și aliaje metalice cu rezistența, durabilitatea și proprietățile termice necesare pentru o anumită aplicație.

Materiale electronice

Materialele electronice, în sensul cel mai larg, sunt orice materiale utilizate pentru crearea dispozitivelor electronice. Acest sub-domeniu al științei materialelor poate implica studiul conductorilor, izolatorilor și semiconductorilor. Domeniile de calcul și comunicare se bazează foarte mult pe specialiști în materiale electronice, iar cererea de experți va rămâne puternică pentru viitorul prevăzut. Vom căuta întotdeauna dispozitive electronice mai mici, mai rapide, mai fiabile și sisteme de comunicații. Sursele de energie regenerabilă, cum ar fi energia solară, depind, de asemenea, de materialele electronice, și încă mai există loc semnificativ pentru avansări ale eficienței pe acest front.

biomateriale

Domeniul biomaterialelor a fost în jur de zeci de ani, dar a decolat în secolul XXI. Denumirea de "biomaterial" poate fi un pic înșelătoare, deoarece nu se referă la materiale biologice, cum ar fi cartilajul sau osul. În schimb, se referă la materiale care interacționează cu sistemele vii. Biomaterialele pot fi din plastic, ceramică, sticlă, metal sau compozite, dar servesc unele funcții legate de tratamentul sau diagnosticul medical. Ventilele cardiace artificiale, lentilele de contact și articulațiile artificiale sunt toate realizate din biomateriale concepute pentru a avea proprietăți specifice care le permit să lucreze împreună cu corpul uman. Țesuturi artificiale, nervi și organe sunt unele dintre domeniile de cercetare emergente astăzi.

Studii universitare în știința materialelor

Dacă sunteți specializat în știința materialelor și inginerie, cel mai probabil va trebui să studiați matematica prin ecuații diferențiale, iar programa de bază pentru o diplomă de licență va include, probabil, clase în fizică, biologie și chimie. Alte cursuri vor fi mai specializate și ar putea include subiecte precum: