中国和美国材料学差别有多大呢?
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中国和美国材料学差别有多大呢?

2021-01-11...

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中国和美国材料学差别有多大呢? 首先,从总体上看,美国的材料学教学和研究领先于中国的材料学教育与研究大约50年左右。其次,从教学内容上看,中国材料学的教学更加注重理论学习,实际操作经验较少,国内使用教材大多是从国外教科书翻译。理论学习中实验机会较少,主要分为材料加工,材料物理和化学三个教学方向。其中科研中常见方向包括但是不限于功能材料、铸造和耐磨材料、表面表面强化与器件制造、焊接研究、新材料、工程


首先,从总体上看,美国的材料学教学和研究领先于中国的材料学教育与研究大约50年左右。其次,从教学内容上看,中国材料学的教学更加注重理论学习,实际操作经验较少,国内使用教材大多是从国外教科书翻译。理论学习中实验机会较少,主要分为材料加工,材料物理和化学三个教学方向。其中科研中常见方向包括但是不限于功能材料、铸造和耐磨材料、表面表面强化与器件制造、焊接研究、新材料、工程材料、材料强度研究。而美国材料学在本科学习过程中,更加注重实际操作经验, 本科学习期间理论和实践结合很密切。比如会用软件设计模型,用软件模拟铸造过程中可能产生的缺陷,然后进行实际操作,另外更加注重实习。

专业方向
材料科学可按多种方法进行分类。每个学校的研究侧重点也各有不同,下面我们为大家介绍几个常见的分支学科。具体分支方向及研究内容请到申请学校官网查询。

以下是材料学常见的一些研究方向:

1.金属材料Metallic Materials
材料领域最古老最传统的方向,主要学习包括金属和以金属为基的合金,如钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属,它们的微观结构对材料力学和物理性能影响,合金中不同成份比例对材料硬度、韧性、拉伸强度的影响。

这个方向是材料领域最古老最传统的方向,美国风气偏新材料而非传统材料,所以申请美国竞争不是很激烈,对GPA 以及GT 成绩的要求不是很高,申请者一般都是国内大学金属材料及相关专业的学生,即使学校一般,GPA 3.0 左右,TOEFL 90 左右,GRE 310 左右,一般都可以获得TOP100 学校的录取。该方向申请人数不多,就业方向基本有二:金属材料的科研领域,留在实验室或做老师;进工业界做技术人员,如钢铁公司、冶金、机械、军工、航空航天、仪表等行业。金属材料在美国的就业前景比陶瓷材料要好很多,社会实用性强,就业前景比较乐观。

2.高分子材料和聚合物Polymer
高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一,高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。研究内容包括活性聚合、新材料的合成与开发、聚合物结构与性能、反应性加工、先进复合材料及应用、超细材料及纳米材料、生物材料、新型功能材料、化学建材和化学纤维等。

高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一,高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。最近几年高分子材料的发展非常迅速,有很多美国大学都在高分子的研究领域投入了巨大的科研力量,这个领域不像金属材料,经过上百年的发展已经到了非常成熟的地步。高分子的兴起才几十年,研究成果层出不穷,高分子导电,软光刻技术的发展对电子工业的发展起到了巨大的推动作用。

这个方向的竞争还是比较大的。一般来说需要有物理或者化学以及跟高分子交叉的专业背景,平均分情况是:GPA >3.4, GRE Q>160, TOEFL>88(美国牛校会比平均分高)。研究生申请高分子材料PhD, Research Experiences 和Internship 会比申请者硬件条件更重要,所以硬件条件一般的学生可以在Research Experiences, Internship, Paper 上多下功夫。本科生申请PhD,要在保证硬件条件很好的情况下,尽可能的去多进实验室做项目,为自己的Resume 积累素材。关于奖学金,PhD 的拿奖率大于Master,所以学习时间会比较长,但是这个专业的回报率还是比较高的。就业方面可以从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作。

3.电子,光学和磁性材料Optical、Electronic and Magnetic Materials
主要研究光学与光谱学、液晶、聚合物二级管、光电池和光子晶体、半导体材料和装置、磁存储器、磁性薄膜及磁性发电机装置、压电晶体的表面和界面特性。主要课程有量子力学、材料化学、势力学及阶段均衡、结构固定的缺点、材料的机械性能、电子学、热力学、非结晶固定、高分子物理、材料成像、电子电磁材料。该专业在很多学校都是在EE 下面,作为materials Science 与EE 的交叉学科,所以光电和磁学物理的同学可以直接申请。

该专业是现在材料科学中最大的热门,申请人数最多,竞争也就最为激烈。硬件条件和软件条件都有很高的要求。申请者在具备扎实的数学、物理、外语、电子学和计算机科学基础的同时,需要具备熟练的实验技能。由于现在社会朝微电子方向发展,所以就业前景是材料专业里最为乐观的,可以去电子业、研究机构、汽车等行业。

4.计算材料科学Computational Materials Science
交叉学科,是一门正在快速发展的新兴学科,是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科。这个领域主要是理论研究,申请的人比较少,竞争不激烈。这个领域PhD 学习难度比较大,完成学位的时间比较长,最短也要5 年,一般都是6 年。就业前景一般,职位一般集中于美国几个大型的国家实验室,如:橡树岭(Oak Ridge)国家实验室等。

5.无机非金属材料Ceramic Materials
无机非金属材料是三大基础材料之一,包括结构陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷,耐火材料、玻璃、水泥等。研究内容主要包括固体电解质材料的制备,结构和性能研究;结构陶瓷的制备,组织结构和性能的研究;磁性材料、电性材料、压电陶瓷、半导体陶瓷等功能材料的制备和研究;古陶瓷和日用陶瓷的研究和开发;高温陶瓷、耐火材料的制备和开发等。该专业方向比金属材料难申请。近几年,陶瓷领域的发展比金属材料要迅速很多,例如,高温超导陶瓷材料的发现对经济产生了比较大的影响,目前在这个领域的研究非常活跃。因此这个申请方向比金属材料竞争激烈,将来就业主要是在科研机构搞研究。该方向GPA 要求3.0 以上,基于申请的不同学位,学校会对申请者有特殊的要求。在申请过程中,Research Experiences,Internship 和论文有会对申请有一定促进作用,不同等级的学校在要求上会有所不同,这个专业申请的人数相对于申请金属材料的人略多一点,目前该专业就业状况供求基本平衡,但在从事更高层次的材料人才却比较短缺。无机非金属里玻璃方向的就业比其他陶瓷方向要乐观,陶瓷材料包括功能陶瓷正逐渐淡出工业界。

6.纳米材料Nanometer Materials
纳米科技的内容包含纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工学、纳米光子学、纳米检测与表征。而纳米材料与技术又是这些分支学科的共同交点,是纳米科技的核心和基础。通常纳米材料与半导体材料相关,与EE 高度重合,申请这个方向的同学可以去关注学校的EE 方向是否有相关的分支。就目前纳米科技整体发展状况而言,欧、美、日已大力发展多年,截至2007 年初,美国已投入56 亿美元用于纳米技术的研发,而日本每年用于纳米技术研究的投资也在5 亿美元左右。国内的纳米科技研究刚开始不久,无论是科研水平以及与市场的契合度,与欧美日差距都还很大。但是差距大也意味着潜力、空间大,一旦纳米技术进入生活,这方面的专业人才需求量肯定会急剧上升。纳米材料人才主要承担工作任务为纳米材料表征、石墨烯及碳纳米材料研发、纳米材料改性、纳米材料合成、无机纳米材料制备以及交叉学科纳米材料应用。纳米材料与技术专业毕业生一般都可以在科研院校及纳米材料、黏合剂、涂料、电镀、陶瓷等相关领域从事相关产品开发、生产和检测等工作。与材料专业方面的学生基本有着相似的职业发展道路。总的来说,纳米材料专业同学可以有以下去处:一是进入研究院从事纳米材料研发工作,这是纳米材料人才继续本领域内研究的主要途径。二是选择进入纳米材料行业企业。三是进入传统材料相关企业。

7.生物材料Biomaterials
主要研究碳纳米管的合成及自然材料的特征、无机材料的合成、有机和生物材料化学、材料加工、材料热力学、生物应用材料、分子细胞和生物力学、材料力学和生物材料、材料成像。在研究过程中也会和仿生学相结合,比方说人造骨骼和人造肌肉。

8.能源材料Energy Materials
主要研究太阳能电池、能量贮存、经济和环境材料选择、高级能量转换的基础、固态元件和能量转换、材料的能量贮存、能量和材料制定政策、未来能源系统材料。应用最为广泛,也最常见的就是太阳能电池板了。

9.复合材料Composite materials
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

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