材料科学与工程

什么是材料科学与工程
提起材料科学与工程这个专业，恐怕大部分人的第一反应是“一头雾水”或“不知所云”。的确，与其他诸如电子信息、计算机、经济管理等一眼就可以看出“研究什么”的专业相比，“材料”这一概念显得相当的宽泛。可是，正是这种森罗万象、无所不包的“宽泛”使得材料科学与工程这一专业成为当今国内外各行各业发展都离不开的一门基础而又重要的学科。
说“无所不包”绝对不是夸大其词。观察一下我们生活的周围，你会发现处处都可以看到材料专业知识的影子。举个例子，你坐在家里看电视——电视机显示图像的元器件还有遥控器里的发信号装置是什么做的？是电子信息材料和光电材料。电视看腻了出门逛街要坐车，汽车是什么做的？车外壳是金属材料；挡风玻璃是非金属材料，可能是有机的，也可能是无机的；车内饰是橡胶材料。逛街累了想回家做饭，先要买好晚饭的食材，到了超市购物要付钱，纸币是有机木纤维加油机印刷油墨印制的，硬币是金属材料冲压制成的。如果你不用现金而选择刷卡，信用卡是什么做的？有机聚合物材料，还有磁性材料。买好东西拎着袋子回家，用的是现在大力提倡的环保可降解塑料袋，这是有机生物材料。
这只是生活中一个相当相当小的方面，你看，材料无处不在。事实上，材料科学并不仅仅在这些基础的方面与我们的生活息息相关。随着时代的发展，不断提高的生活水平和日新月异的科技进步使得各方面对材料的要求达到了新的高度，这使得材料科学技术与生物技术、计算机技术和能源技术一同成为新世纪人类发展所倚重的高新科技的重中之重。生物技术方面，人造骨骼、人造器官的研究一直是医学研究的重点，而更轻更结实的钛合金骨骼、不会引发人体排斥的生物有机聚合材料是实现“人造身体”的关键所在。计算机技术方面，信息时代的“信息爆炸”要求计算机有更快的处理速度和更大的信息存储量，这些问题都可以用新型的光电材料芯片和光存储材料来解决。能源方面，煤和石油存储量日渐减少，而核能的开发总会被蒙上“非和平”的阴影，这样的局面迫使人们将注意力集中在更干净、更环保的太阳能和氢能上，而新型的光电转换材料和储氢材料的开发将使这些清洁能源的利用和存储成为可能。可以说，在人类将来的发展中，材料科学技术会起到决定性的作用。
培养什么人
展望了这么多前景，相信大家对材料科学与工程这个专业的未来已建立了相当程度的信心。当然，要想真正完成依靠材料技术改变世界的壮举，需要付出相应的努力。也许你会说，我的理想不是成为科学家，我只是对这个专业比较感兴趣，想学到有用的知识。很现实的问题，提得好！那我们就来看看材料科学与工程这个专业，能让我们成为具有何种知识和能力的人才吧。
首先是培养目标。材料专业培养具备金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面的基础知识，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作的工程技术型人才。
所谓金属材料，是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。高分子材料则是以高分子化合物为基础的材料，按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料，按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶黏剂、高分子涂料和高分子基复合材料。
其次是培养方案。为达到上述目的，材料科学与工程专业的学生会学习材料科学与工程的基础理论，学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律；受到金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料以及各种先进材料的制备、性能分析与检测技能的基本训练；培养材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量，以及开发研究新材料和新工艺等方面的基本能力。
最后，当我们毕业时，．按照期望我们会获得以下几方面的知识和能力。
(1)金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及其他高新技术材料科学的基础理论和材料合成与制备、材料复合、材料设计等专业基础知识。
(2)材料性能检测和产品质量控制的基本知识，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力。
(3)材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究、材料设计、材料研制的初步能力。
(4)本专业必需的机械设计、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能。
(5)相关的技术经济管理知识。
(6)文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。
开设哪些课程
与其他工科专业相同，材料科学与工程专业在大学一、二年级会安排基础科目的学习，如高等数学、线性代数、概率统计与随机过程、大学英语、C语言、大学物理、基础物理实验等，以及社会类课程，如毛泽东思想概论、邓小平理论、政治经济学、法律基础等。此外，由于专业相关性，也会开设机械设计基础、机械制图、电工学这样与材料生产设备相关的课程。
专业课程方面，在大一、大二学生会学习专业基础平台课程，包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料科学与工程概论等。看到这一连串的化学课程可能有些同学会问：“我进的到底是材料系还是化学系啊？”其实无论什么材料，影响其性能的因素无外乎其化学结构，分子也好，原子也好，离子也好。因此，这几门与化学相关的课程可以说是我们研究材料性能的基础，是材料学的基石。而且化学知识是我们制造合成材料的基础，将来我们搞材料方面的研发也好，生产也好，在了解其是“怎么来的”基础上，我们才能进行进一步的工作，改性、深加工、塑形、精制等等。
升人大三后将深入学习更为专业的知识，包括材料物理性能、材料力学、材料工程基础、电化学、工程材料力学性能、物理冶金原理、现代材料研究技术。无论将来选择材料五大专业方向的哪一个，这几门课程都是必不可少的基础知识。材料学是一门综合性相当强的学科，即使你的主要研究或者工作方向只是某一种材料，如专门研究陶瓷或者专门从事工程塑料的生产，但是其他材料的基本性质还是要知道的，因为材料的工作环境不是单一的，它很可能要与其他材料共同合作才能更好地发挥功效。例如，“神五”飞船的合金外壳和外面附着的吸热耐高温涂料，一个是金属，一个是有机物基非金属化合物，如何将两者牢固地结合起来这一问题就涉及两种材料各自的结构及性质。
之后，诸位材料专业的学生面对的就是专业方向的选择。北航的材料系下分为五个专业方向，分别是金属与陶瓷材料、电子信息材料与材料设计、材料加工工程与自动化、材料腐蚀与防护、高分子及复合材料。课程安排方式为每专业限选选修课加上跨专业任选选修课。金属与陶瓷材料主要是高温合金及其提高金属耐高温性能的陶瓷涂层材料；电子信息材料与材料设计主要是信息存储材料及其相关的计算模拟方法，主要研究材料的电磁性能；材料加工工程与自动化主要是材料加工的新工艺，目前有可加工高性能航空材料的激光熔覆技术等；材料腐蚀与防护包括电化学与涂层两个方面的知识；高分子及复合材料包括高分子物理、高分子化学、复合材料与工程塑料方面的研究。
专业限选课有：
金属与陶瓷材料专业——金属功能材料、高性能金属结构材料、无机非金属材料物理化学、特种陶瓷材料。
电子信息材料与材料设计专业——计算材料学（信息功能陶瓷材料）、半导体材料及器件、量子力学（固体物理概论）。
材料加工工程与自动化专业——材料加工计算机测控、先进材料加工工程、材料加工设备及自动化。
材料腐蚀与防护专业——材料腐蚀科学与技术、材料表面工程与技术、涂料与涂装工程。
高分子及复合材料专业——聚合物基复合材料及其成型工艺、高分子材料、高分子材料成型工艺、有机化学B-2。
专业任选课包括：金属快速凝固技术、薄膜技术基础、激光材料加工、金属热处理、高分子膜材料、结构化学B、分析化学B、材料防腐蚀设计与表面工程、电化学测试技术、腐蚀科学与防护技术、先进电池材料、材料模拟实验技术、电沉积功能薄膜材料技术、清洁生产工艺导论、高分子与复合材料模具( CAD)、复合材料应用技术、化工基础、功能高分子材料、胶黏剂、仪器分析基础、无损检测、失效分析、金属成型理论、界面化学、轻质合金理论基础及应用。
需要的能力和素质
勤勉、认真、踏实的学习作风。也许这已是老生常谈，但我们绝不是唱高调。不厌其烦地把这一条放在第一位自然有其道理。正如前文所述，材料学是一门基础学科，研究的起点都是很基础的东西，与其他听起来很“炫”的专业相比，我们所学的基础课程都是很朴实无华的内容。这就要求学材料的同学们静下心来，从一砖一瓦打基础做起，切记不要心浮气躁。
对化学和数学要有兴趣，或者至少不能讨厌。大一、大二的许多基础课都是跟化学相关的，无机化学、有机化学、物理化学、分析化学乃至后来的电化学、高分子化学等。有些课程经常牵涉到计算，有时甚至很复杂，如物理化学和工程材料力学分析。微积分和工程数学计算一算就是一小时，这是常见的事。如果对这两门课很头疼的同学，我真的要建议你培养一下对这两门课程的好感度了。正所谓爱好出勤奋，勤奋出天才！
动手实践能力。理工科的一个重要特征就是所学知识要在实践应用中才能体现出价值。材料学更是如此，大凡新的材料发明基本都是诞生于实验室里的。这就要求学材料专业的同学们要有一定的动手能力，对实验的操作、各种仪器的使用要有相当的了解，最起码不能陌生。否则即使理论再扎实，上了台面照样是啥都做不出来。
举一反三的创新能力。我们学习材料的目的绝不仅限于搞明白目前的新材料的原理。我们的终极目标在于如何研发出不同于以往的材料，即真正的“创新”。当然，创新要基于前人的成果和对现有理论技术的重复掌握。不过，在此基础上我们一定要把视野放得更开阔，致力于如何在前人基础上有所进步，要“不满”。人类不满于铁的性能，才有了钢的诞生；不满于单纯的布和天然的丝，才有了尼龙、化纤等坚实耐用的新型服装材料；不满于用煤和石油作燃料，才有了如今诸多用于新能源技术的新材料。
对材料专业的敏感度。在这个信息爆炸的时代，发达的媒体使我们得以获得更多的渠道和途径来了解我们所学专业领域内的各种新动向、新发展。新闻也好，报纸杂志也好，网络也好，材料领域的新发明、新发展、新动向的信息随时随地都会有发布。我们所要做的就是让自己的眼睛对“材料”敏感起来，不断更新自己对于材料专业的理解和认识，使自己保持在材料理论知识的前沿。因为任何新技术的诞生都有可能会成为将来改变世界的科学发展趋势。没准哪天某个信息会点燃你脑海中的某处火花，继而在多年之后蔓延成为红遍世界的、为人类带来变革的新材料革命之火也尚未可知呢！
毕业后做什么
可以说材料是一切领域发展的基石，作为2l世纪三大支柱产业之一的材料学领域，它的重要作用不言自明，与材料相关的工作岗位相当重要。材料学领域本科毕业后的去向主要包括上研和就业两个方面。
对于大多数本科学习材料的人来说，读研究生是一个比较不错且比较必要的途径，所谓“大多数人”是指有兴趣学习材料的那部分人；所谓“比较不错”是说材料领域硕士毕业生就业明显优于本科毕业生，无论从就业的环境还是薪金待遇方面都是如此；所谓“比较必要”是说如今的材料学本科培养注重“大类”、“宽口径”，即在本科阶段学习全面的学科知识，包括金属、高分子、陶瓷等，学的知识不够深入，如果有志于从事材料学某一领域的研究工作，就有必要进一步学习。因此，材料学本科生毕业后选择上研的比例较大，而且逐年上升。以北京航空航天大学为例，材料科学与工程学院上研率可以达到50%以上，2008年达到了65%，远高于学校的平均上研率30%，可以说上研率高是材料学领域的一大特点。关于上研，主要包括出国、本校本专业、本校外专业、外校本专业、外校外专业几个方向。其中本校本专业的比例大些，也容易些，本校外专业与外校本专业的难度相当，外校外专业难度较大，最多有2%一3%的人选择此路，而出国就有多种方向了，每 关于就业方向，主要包括：相关的科研单位，如中国科学院化学所、纳米中心，有色金属研究院，航空材料研究所，航天材料及工艺研究所，玻璃钢研究总院等；各类企业的研发与生产部门，如联想、三星、宝洁、海尔、长虹等国内外企业，可以说无论是IT类企业，还是日用化工类企业，抑或是机械加工类企业，都需要材料及相关工程方面的人才；材料相关领域的贸易行业，如专业从事钢材、塑料、树脂、橡胶及相关制品贸易的企业，都需要有材料专业基础的人才参与销售及采购环节，尤其需要具有全面材料学基础的人才；其他方面，即从材料方面转行从事其他行业就业的情况，由于材料学人才学习数学、物理、化学、英语等多方面的基础学科，加之大学校园内有充分的信息资源与机会资源，所以作为一个具有综合素质的大学本科毕业生，完全有能力根据自己的兴趣，通过不懈的努力来实现在其他领域就业的目标，如在金融、管理、营销、行政等领域就业的材料人才就不少。
升学率及就业流向
升学：考取研究生比例为37. 41%。
就业流向：科研设计单位1. 38%；国有企业15. 48%；三资企业11. 60%；艰苦行业企业单位3.18%；其他企业13. 460/0；出国及退学5.04 010。
就业率：92. 94%。