Kas yra medžiagų mokslas? Kolegijos kursai, darbai, atlyginimai

Medžiagų mokslas yra daugiadisciplininė STEM sritis, apimanti naujų medžiagų, turinčių specifinių norimų savybių, kūrimą ir gamybą. Medžiagų mokslas yra riba tarp inžinerijos ir gamtos mokslų, todėl sritis dažnai žymima abiem sąvokomis: „medžiagų mokslas ir inžinerija“.

Naujų medžiagų kūrimas ir testavimas remiasi daugybe sričių, įskaitant chemiją, fiziką, biologiją, matematiką, mechaninę inžineriją ir elektrotechniką.

Pagrindinės galimybės: medžiagų mokslas

Jūsų mobiliojo telefono ekrano stiklas, puslaidininkiai, naudojami saulės energijai generuoti, sugeriantys smūgius futbolo šalmo plastikai, o metaliniai lydiniai jūsų dviračio rėme yra visi medžiagų gaminiai mokslininkai. Kai kurie medžiagų mokslininkai dirba mokslo spektro gale, kurdami ir kontroliuodami chemines reakcijas, kad sukurtų naujas medžiagas. Kiti dirba žymiai daugiau taikomojo mokslo ir inžinerijos srityje, nes bando medžiagas konkrečiai kurkite naujų medžiagų gamybos metodus ir suderinkite medžiagų savybes su reikalaujamomis specifikacijomis už produktą.

Kadangi sritis yra tokia plati, kolegijos ir universitetai paprastai suskirsto ją į kelis polaukius.

Keramikos ir stiklo inžinerija yra viena iš seniausių mokslo sričių, nes pirmieji keramikos indai buvo sukurti maždaug prieš 12 000 metų. Nors kasdieniai daiktai, tokie kaip stalo įrankiai, tualetai, kriauklės ir langai, vis dar yra lauko dalis, pastaraisiais dešimtmečiais atsirado daug aukštųjų technologijų programų. Corningo sukurtas „Gorilla Glass“ - ypač tvirtas, patvarus stiklas, naudojamas beveik visiems jutikliniams ekranams - sukėlė revoliuciją daugelyje technologijų sričių. Aukšto stiprumo keramika, tokia kaip silicio karbidas ir boro karbidas, naudojama daugybei pramonės ir karinių tikslų, ir ugniai atsparios medžiagos naudojamos visur, kur yra aukšta temperatūra, pradedant branduoliniais reaktoriais ir baigiant šiluminiu ekranu erdvėlaivis. Medicinos srityje keramikos patvarumas ir stiprumas pavertė jas daugelio sąnarių pakeitimų pagrindine dalimi.

Polimerų mokslininkai daugiausia dirba su plastikais ir elastomerais - santykinai lengvomis ir dažnai lanksčiomis medžiagomis, kurias sudaro ilgos grandinės pavidalo molekulės. Nuo plastikinių gėrimų butelių iki automobilių padangų ir neperšaunamų Kevlaro liemenių polimerai vaidina didžiulį vaidmenį mūsų pasaulyje. Studentams, studijuojantiems polimerus, reikės stiprių organinės chemijos įgūdžių. Darbo vietoje mokslininkai stengiasi sukurti plastikus, kurie turėtų stiprumą, lankstumą, kietumą, šilumines savybes ir net optines charakteristikas, būtinas konkrečiam pritaikymui. Kai kurie dabartiniai iššūkiai šioje srityje yra plastiko, kuris suskaidomas aplinkoje, kūrimas ir plastiko, skirto gelbėjimo medicininėms procedūroms, kūrimas.

Metalurgijos mokslas turi ilgą istoriją. Varis buvo naudojamas žmonėms daugiau nei 10 000 metų, o daug stipresnė geležis yra atliekama per 3000 metų. Iš tikrųjų metalurgijos pažangą galima susieti su civilizacijų kilimu ir nuosmukiu dėl jų panaudojimo ginkluose ir šarvuose. Metalurgija vis dar yra svarbi kariuomenės sritis, tačiau ji taip pat vaidina svarbų vaidmenį automobilių, kompiuterių, aviacijos ir statybų pramonėje. Metalurgijos specialistai dažnai kuria metalus ir metalų lydinius, kurių tvirtumas, ilgaamžiškumas ir šiluminės savybės yra reikalingos konkrečiam naudojimui.

Elektroninės medžiagos plačiąja prasme yra visos medžiagos, naudojamos elektroniniams prietaisams kurti. Ši medžiagų mokslo sritis gali apimti laidininkų, izoliatorių ir puslaidininkių tyrimus. Kompiuterių ir komunikacijos sritis labai priklauso nuo elektroninių medžiagų specialistų, o ekspertų poreikis artimiausiu metu išliks didelis. Visada ieškosime mažesnių, greitesnių, patikimesnių elektroninių prietaisų ir ryšio sistemų. Atsinaujinantys energijos šaltiniai, tokie kaip saulės energija, taip pat priklauso nuo elektroninių medžiagų, ir šioje srityje dar yra daug galimybių tobulinti efektyvumą.

Biomedžiagos sritis gyvuoja dešimtmečius, tačiau ji atsirado XXI amžiuje. Pavadinimas „biomedžiaga“ gali būti šiek tiek klaidinantis, nes jis netaikomas tokioms biologinėms medžiagoms kaip kremzlė ar kaulas. Tai reiškia medžiagas, kurios sąveikauja su gyvosiomis sistemomis. Biomedžiagos gali būti plastikinės, keramikinės, stiklinės, metalinės arba kompozicinės, tačiau jos atlieka tam tikras funkcijas, susijusias su medicininiu gydymu ar diagnozavimu. Dirbtiniai širdies vožtuvai, kontaktiniai lęšiai ir dirbtiniai sujungimai yra pagaminti iš biomedžiagų, skirtų specifinėms savybėms, leidžiančioms veikti kartu su žmogaus kūnu. Dirbtiniai audiniai, nervai ir organai yra keletas naujausių tyrimų sričių.

Jei domėsitės medžiagų mokslu ir inžinerija, greičiausiai jums reikės mokytis matematikos diferencialinės lygtys, o pagrindinė bakalauro studijų programa tikriausiai apims klases į fizika, biologijair chemija. Kiti kursai bus labiau specializuoti ir gali apimti tokias temas:

• Mechaninis medžiagų elgesys
• Medžiagų perdirbimas
• Medžiagų termodinamika
• Kristalografija ir struktūra
• Medžiagų elektroninės savybės
• Medžiagų apibūdinimas
• Kompozicinės medžiagos
• Biomedicininės medžiagos
• Polimerai

Apskritai, savo medžiagų mokslo programoje galite tikėtis daug chemijos ir fizikos. Turėsite daugybę pasirenkamųjų pasirinkimų, kai pasirinksite tokias specialybes kaip plastikas, keramika ar metalai.

Jei jus domina medžiagų mokslas ir inžinerija, greičiausiai rasite geriausias programas išsamiuose universitetuose ir technologiniuose institutuose. Mažesni regioniniai universitetai ir laisvųjų menų kolegijos nėra linkę turėti tvirtų inžinerijos programų, ypač tarpdisciplininės srities, pavyzdžiui, medžiagų mokslo, kuriai reikalinga reikšminga laboratorijų infrastruktūra. Tvirtas medžiagotyros programas galima rasti šiose JAV mokyklose:

• Kalifornijos technologijos institutas („Caltech“)
• Carnegie Mellon universitetas
• Kornelio universitetas
• Džordžijos technologijos institutas („Georgia Tech“)
• Masačiusetso Technologijų Institutas (MIT)
• Šiaurės Vakarų universitetas
• Stanfordo universitetas
• Kalifornijos universitetas Berkeley mieste
• Ilinojaus universitetas, Urbana-Champaign
• Mičigano universitetas, Ann Arbor

Atminkite, kad visos šios mokyklos yra labai selektyvios. Iš tikrųjų MIT, „Caltech“, „Northwestern“ ir „Stanford“ patenka tarp 20-ies selektyviausi šalies kolegijos, ir Kornelis nėra labai atsilikęs.

Beveik visi inžinerijos absolventai turi geras darbo perspektyvas mūsų technologiniame pasaulyje, o medžiagų mokslas ir inžinerija nėra išimtis. Jūsų potencialus uždarbis, be abejo, bus susietas su jūsų atliekamu darbu. Medžiagų mokslininkai gali dirbti privačiame, valstybiniame ar švietimo sektoriuose. Payscale.com teigia, kad vidutinis atlyginimas darbuotojui, turinčiam medžiagų mokslo bakalaurą, yra 67 900 USD karjeros pradžioje, o 106 300 USD - per karjeros vidurį.