Čo je veda o materiáloch? Vysokoškolské kurzy, pracovné miesta, platy

Veda o materiáloch je multidisciplinárna oblasť STEM, ktorá zahŕňa vytváranie a výrobu nových materiálov so špecifickými požadovanými vlastnosťami. Materiálová veda leží na hranici medzi inžinierstvom a prírodnými vedami, a preto je oblasť často označovaná obidvoma výrazmi: „veda o materiále a strojárstvo“.

Vývoj a testovanie nových materiálov vychádza z mnohých oblastí vrátane chémie, fyziky, biológie, matematiky, strojárstva a elektrotechniky.

Kľúčové cesty: Science o materiáloch

Sklo obrazovky vášho mobilného telefónu, polovodiče používané na výrobu slnečnej energie, tlmiace nárazy plasty futbalovej prilby a kovové zliatiny v ráme vášho bicykla sú všetky výrobky z materiálov vedci. Niektorí vedci v oblasti materiálov pracujú na vedeckom konci spektra pri navrhovaní a riadení chemických reakcií s cieľom vytvárať nové materiály. Iní pracujú omnoho viac na aplikovanej vedecko-technickej stránke v odbore, pretože testujú materiály na konkrétne aplikácií, vyvinúť metódy výroby nových materiálov a zosúladiť vlastnosti materiálov s požadovanými špecifikáciami pre produkt.

Pretože je toto pole také široké, vysoké školy a univerzity spravidla rozdelia pole na niekoľko podpolí.

Keramické a sklárske inžinierstvo je pravdepodobne jedným z najstarších vedeckých odborov, pretože prvé keramické nádoby boli vytvorené približne pred 12 000 rokmi. Kým každodenné predmety, ako sú riad, toalety, umývadlá a okná, sú stále súčasťou tejto oblasti, v posledných desaťročiach sa objavilo mnoho špičkových aplikácií. Vývoj Gorilla Glass od spoločnosti Corning - vysoko odolného a odolného skla používaného takmer pre všetky dotykové obrazovky - priniesol revolúciu v mnohých technologických oblastiach. Keramika vysokej pevnosti, ako je karbid kremíka a karbid bóru, majú početné priemyselné a vojenské využitie a žiaruvzdorné materiály sa používajú všade tam, kde sú vysoké teploty, od jadrových reaktorov po tepelné tienenie kozmická loď. Z lekárskeho hľadiska ich trvanlivosť a pevnosť z nich urobili ústrednú súčasť mnohých náhrad kĺbov.

Vedci polymérov pracujú predovšetkým s plastmi a elastomérmi - relatívne ľahkými a často flexibilnými materiálmi, ktoré sú tvorené molekulami podobnými dlhým reťazcom. Od plastových nápojových fliaš po pneumatiky automobilov až po nepriestrelné vesty Kevlar, hrajú polyméry v našom svete zásadnú úlohu. Študenti, ktorí študujú polyméry, budú potrebovať silné zručnosti v organickej chémii. Na pracovisku vedci pracujú na tvorbe plastov, ktoré majú pevnosť, flexibilitu, tvrdosť, tepelné vlastnosti a dokonca aj optické vlastnosti potrebné pre danú aplikáciu. Niektoré súčasné výzvy v tejto oblasti zahŕňajú vývoj plastov, ktoré sa rozpadnú v životnom prostredí, a vytvorenie plastov na zákazku na použitie pri lekárskych postupoch zachraňujúcich život.

Hutnícka veda má dlhú históriu. Meď sa používa u ľudí už viac ako 10 000 rokov a oveľa silnejšie železo siaha už 3 000 rokov. Pokroky v metalurgii môžu byť skutočne spojené s nárastom a poklesom civilizácií vďaka ich použitiu v zbraniach a brnení. Metalurgia je stále dôležitou oblasťou pre armádu, ale má tiež významnú úlohu v automobilovom, počítačovom, leteckom a stavebnom priemysle. Metalurgovia často pracujú na vývoji kovov a kovových zliatin s pevnosťou, trvanlivosťou a tepelnými vlastnosťami potrebnými pre danú aplikáciu.

Elektronické materiály sú v najširšom zmysle akékoľvek materiály používané na vytváranie elektronických zariadení. Táto podoblasť materiálovej vedy môže zahŕňať štúdium vodičov, izolátorov a polovodičov. Počítačové a komunikačné oblasti sa vo veľkej miere spoliehajú na odborníkov v oblasti elektronických materiálov a dopyt po odborníkoch zostane v dohľadnej budúcnosti silný. Vždy budeme hľadať menšie, rýchlejšie a spoľahlivejšie elektronické zariadenia a systémy komunikácie. Obnoviteľné zdroje energie, ako napríklad solárna energia, závisia aj od elektronických materiálov a stále existuje značný priestor na zvýšenie účinnosti v tejto oblasti.

Pole biomateriálov existuje už desaťročia, ale začalo sa v 21. storočí. Názov „biomateriál“ môže byť trochu zavádzajúci, pretože sa netýka biologických materiálov, ako je chrupavka alebo kosť. Namiesto toho sa týka materiálov, ktoré interagujú so živými systémami. Biomateriály môžu byť plastové, keramické, sklenené, kovové alebo kompozitné, ale slúžia určitým funkciám súvisiacim s liečbou alebo diagnostikou. Umelé srdcové chlopne, kontaktné šošovky a umelé kĺby sú vyrobené z biomateriálov navrhnutých tak, aby mali špecifické vlastnosti, ktoré im umožňujú pracovať v spojení s ľudským telom. Umelé tkanivá, nervy a orgány sú dnes niektoré z nových výskumných oblastí.

Ak sa špecializujete na vedu o materiáloch a strojárstvo, pravdepodobne budete musieť študovať matematiku diferenciálne rovnice a základné učebné osnovy pre bakalárske štúdium budú pravdepodobne zahŕňať triedy v fyzika, biológiea chémia. Ostatné kurzy budú špecializovanejšie a môžu obsahovať témy, ako sú tieto:

• Mechanické vlastnosti materiálov
• Spracovanie materiálov
• Termodynamika materiálov
• Kryštalografia a štruktúra
• Elektronické vlastnosti materiálov
• Charakterizácia materiálov
• Kompozitné materiály
• Biomedicínske materiály
• polyméry

Vo učebných osnovách prírodných vied môžete vo všeobecnosti očakávať veľa chémie a fyziky. Pri výbere špeciality, ako sú plasty, keramika alebo kovy, budete mať na výber veľa voliteľných predmetov.

Ak vás zaujíma veda o materiáloch a strojárstve, pravdepodobne nájdete tie najlepšie programy na komplexných univerzitách a technologických ústavoch Menšie regionálne univerzity a vysoké školy slobodných umení nemajú tendenciu mať rozsiahle programy v strojárstve, najmä interdisciplinárne odvetvie, ako je veda o materiáloch, ktorá si vyžaduje významnú laboratórnu infraštruktúru. Silné programy v oblasti materiálovej vedy nájdete na nasledujúcich školách v USA:

• Kalifornský technologický inštitút (Caltech)
• Univerzita Carnegie Mellona
• Cornell University
• Technologický inštitút v Georgii (Georgia Tech)
• Massachusettský Inštitút Technológie (MIT)
• Severozápadná univerzita
• Stanfordská univerzita
• Kalifornská univerzita v Berkeley
• University of Illinois na Urbana-Champaign
• Michiganská univerzita v Ann Arbor

Majte na pamäti, že všetky tieto školy sú vysoko selektívne. MIT, Caltech, Northwestern a Stanford patria medzi 20 najelektívnejšie vysoké školy v krajinea Cornell nie je pozadu.

Takmer všetci absolventi inžinierstva majú dobré vyhliadky na prácu v našom technologickom svete a veda o materiáloch a strojárstve nie je výnimkou. Vaše potenciálne zárobky budú samozrejme viazané na typ zamestnania, ktoré vykonávate. Vedci z oblasti materiálov môžu pracovať v súkromnom, vládnom alebo školskom sektore. Payscale.com uvádza, že priemerný plat zamestnanca s bakalárskym titulom v odbore materiálových vied je na začiatku kariéry 67 900 dolárov a do polovice kariéry 106 300 dolárov.