Wat is materiaalkunde? College cursussen, banen, salarissen

Materiaalwetenschap is een multidisciplinair STEM-veld dat betrekking heeft op het creëren en vervaardigen van nieuwe materialen met specifieke gewenste eigenschappen. Materiaalwetenschap ligt op de grens tussen techniek en natuurwetenschappen en daarom wordt het veld vaak bestempeld met beide termen: "materiaalwetenschap en techniek".

De ontwikkeling en het testen van nieuwe materialen is gebaseerd op tal van gebieden, waaronder scheikunde, natuurkunde, biologie, wiskunde, werktuigbouwkunde en elektrotechniek.

Belangrijkste punten: materiaalwetenschappen

Het glas van je gsm-scherm, de halfgeleiders die gebruikt werden om zonne-energie op te wekken, is schokabsorberend kunststoffen van een voetbalhelm en de metaallegeringen in je fietsframe zijn allemaal producten van materialen wetenschappers. Sommige materiaalwetenschappers werken aan de wetenschappelijke kant van het spectrum terwijl ze chemische reacties ontwerpen en beheersen om nieuwe materialen te creëren. Anderen werken veel meer aan de toegepaste wetenschappelijke en technische kant van het veld terwijl ze materialen op specifiek testen toepassingen, ontwikkel methoden voor het produceren van nieuwe materialen en stem de eigenschappen van materialen af ​​op de vereiste specificaties voor een product.

Omdat het veld zo breed is, splitsen hogescholen en universiteiten het veld doorgaans op in verschillende deelgebieden.

Keramiek- en glastechniek is misschien wel een van de oudste wetenschapsgebieden, want de eerste keramische vaten werden ongeveer 12.000 jaar geleden gemaakt. Hoewel alledaagse voorwerpen zoals servies, toiletten, gootstenen en ramen nog steeds deel uitmaken van het veld, zijn er de afgelopen decennia veel hightech-toepassingen opgedoken. Cornings ontwikkeling van Gorilla Glass - het zeer sterke, duurzame glas dat voor bijna alle touchscreens wordt gebruikt - heeft een revolutie teweeggebracht in veel technologische gebieden. Keramiek met hoge sterkte, zoals siliciumcarbide en boorcarbide, heeft tal van industriële en militaire toepassingen, en vuurvaste materialen worden overal gebruikt waar hoge temperaturen in het spel zijn, van kernreactoren tot thermische afscherming ruimtevaartuig. Op medisch gebied hebben de duurzaamheid en sterkte van keramiek ze tot een centraal onderdeel gemaakt van veel gewrichtsvervangingen.

Polymeerwetenschappers werken voornamelijk met kunststoffen en elastomeren - relatief lichtgewicht en vaak flexibele materialen die zijn opgebouwd uit lange kettingachtige moleculen. Van plastic drinkflessen tot autobanden tot kogelvrije Kevlar-vesten, polymeren spelen een diepgaande rol in onze wereld. Studenten die polymeren bestuderen, hebben sterke vaardigheden in organische chemie nodig. Op de werkplek werken wetenschappers aan het maken van kunststoffen die de sterkte, flexibiliteit, hardheid, thermische eigenschappen en zelfs optische kenmerken hebben die nodig zijn voor een bepaalde toepassing. Enkele huidige uitdagingen op dit gebied zijn onder meer het ontwikkelen van kunststoffen die in het milieu zullen afbreken en het maken van op maat gemaakte kunststoffen voor gebruik in levensreddende medische procedures.

De metallurgische wetenschap heeft een lange geschiedenis. Koper wordt al meer dan 10.000 jaar door mensen gebruikt en veel sterker ijzer gaat meer dan 3.000 jaar terug. Vooruitgang in de metallurgie kan inderdaad verband houden met de opkomst en ondergang van beschavingen dankzij hun gebruik in wapens en bepantsering. Metallurgie is nog steeds een belangrijk veld voor het leger, maar het speelt ook een belangrijke rol in de auto-, computer-, luchtvaart- en bouwsector. Metallurgen werken vaak aan het ontwikkelen van metalen en metaallegeringen met de sterkte, duurzaamheid en thermische eigenschappen die vereist zijn voor een bepaalde toepassing.

Elektronisch materiaal, in de ruimste zin, is elk materiaal dat wordt gebruikt voor het maken van elektronische apparaten. Dit deelgebied van de materiaalkunde kan de studie van geleiders, isolatoren en halfgeleiders omvatten. De computer- en communicatievelden zijn sterk afhankelijk van specialisten in elektronische materialen en de vraag naar experts zal in de nabije toekomst groot blijven. We zullen altijd op zoek zijn naar kleinere, snellere en betrouwbaardere elektronische apparaten en communicatiesystemen. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie zijn ook afhankelijk van elektronische materialen, en er is op dit vlak nog veel ruimte voor efficiëntieverbetering.

Het gebied van biomaterialen bestaat al tientallen jaren, maar is in de eenentwintigste eeuw van de grond gekomen. De naam "biomateriaal" kan een beetje misleidend zijn, want het verwijst niet naar biologische materialen zoals kraakbeen of bot. In plaats daarvan verwijst het naar materialen die interageren met levende systemen. Biomaterialen kunnen van plastic, keramiek, glas, metaal of composiet zijn, maar ze hebben een bepaalde functie in verband met medische behandeling of diagnose. Kunsthartkleppen, contactlenzen en kunstmatige gewrichten zijn allemaal gemaakt van biomaterialen die zijn ontworpen om specifieke eigenschappen te hebben waardoor ze kunnen samenwerken met het menselijk lichaam. Kunstweefsels, zenuwen en organen zijn enkele van de opkomende onderzoeksgebieden van vandaag.

Als je major bent in materiaalkunde en engineering, moet je waarschijnlijk wiskunde bestuderen differentiaalvergelijkingen, en het kerncurriculum voor een bachelordiploma zal waarschijnlijk klassen omvatten in fysica, biologie, en scheikunde. Andere cursussen zullen meer gespecialiseerd zijn en kunnen onderwerpen als deze omvatten:

• Mechanisch gedrag van materialen
• Materiaalverwerking
• Thermodynamica van materialen
• Kristallografie en structuur
• Elektronische eigenschappen van materialen
• Karakterisering van materialen
• Composietmaterialen
• Biomedische materialen
• Polymeren

Over het algemeen kun je veel scheikunde en natuurkunde verwachten in je materiaalwetenschappelijke curriculum. Je hebt veel keuzevakken om uit te kiezen bij het kiezen van een specialiteit zoals kunststoffen, keramiek of metalen.

Als u geïnteresseerd bent in materiaalkunde en engineering, vindt u waarschijnlijk de beste programma's bij uitgebreide universiteiten en technologische instituten Kleinere regionale universiteiten en hogescholen voor vrije kunsten hebben meestal geen robuuste technische programma's, vooral geen interdisciplinair veld zoals materiaalkunde dat een aanzienlijke laboratoriuminfrastructuur vereist. Sterke programma's in materiaalkunde zijn te vinden op de volgende scholen in de Verenigde Staten:

• California Institute of Technology (Caltech)
• Carnegie Mellon Universiteit
• Cornell universiteit
• Georgia Instituut van Technologie (Georgia Tech)
• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• Noordwestelijke Universiteit
• Stanford universiteit
• Universiteit van Californië in Berkeley
• Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign
• Universiteit van Michigan in Ann Arbor

Houd er rekening mee dat al deze scholen zeer selectief zijn. MIT, Caltech, Northwestern en Stanford behoren zelfs tot de 20 meest selectieve hogescholen in het land, en Cornell loopt niet ver achter.

Bijna alle afgestudeerden in de techniek hebben goede werkvooruitzichten in onze technologische wereld, en materiaalkunde en engineering zijn geen uitzondering. Uw potentiële verdiensten zijn natuurlijk afhankelijk van het soort baan dat u nastreeft. Materiaalwetenschappers kunnen werken in de particuliere, overheids- of onderwijssector. Payscale.com stelt dat het gemiddelde salaris voor een werknemer met een bachelordiploma in materiaalkunde $ 67.900 vroeg in een carrière is en $ 106.300 halverwege de carrière.