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我所理解的MSE

【作者:于教员,编号64997 点击数:2484 更新时间:2014-04-08

材料科学与工程(Material Science and Engineering)是研究材料的结构,性能,加工和应用四个方面的关系的学科。

材料科学与工程是研究材料的微观结构和宏观性能之间的关系,并且利用这种关系来设计和改变材料的结构来满足某种性能的需要。传统的材料学科之中,这种关系和这种设计主要通过实验来完成,而随着计算科学的发展,计算机的模拟和计算正在发挥着原来越重要的作用,可以完成实验所不能完成的工作,同时大大降低实验的成本和周期。

材料按照用途分一般分为结构材料和功能材料。结构材料主要利用其力学性能起支撑凝聚作用,而功能材料主要利用其声、光、电、磁、热和化学、生物、环境等性能来满足某种功能需要。

材料按照类别分,主要分为金属,陶瓷,高分子,复合材料等,一般研究的对象是晶体,但是非晶也是广泛发展的学科,例如传统上的玻璃。同时材料加工(模具,铸造,焊接等)也是材料学科的重要组成部分,并且为人类文明作出了很fundamental的贡献。广义上来讲,anything is material,但是材料只有在满足某种性能需要的时候才能称之为材料。

材料的小专业划分也可以按照材料物理和材料化学来分,分别侧重于物理和化学。

信息、能源和材料是人类文明的三大基石,信息、材料和生物是21世纪最为蓬勃发展的领域。

材料是交叉学科,最相近的基础学科是物理和化学,也是新兴学科,只有百年不到的历史。如今高校的材料学科大多数都是从冶金学科之中兴起和演化,材料之中研究最为成熟的就是铁碳合金(钢),以至于材料科学基础中有大量的篇幅。清华的材料学科分别来自于工程物理系、化工系和机械系。

材料只有在某种需要之下才有作用,材料与信息、能源、生物、环境等的交叉结合是当今研究的热点。例如碳材料,核材料,锂离子电池,太阳能电池,超级电容器,热电材料,介电材料,压电材料,铁电材料,多铁材料,超导材料,半导体材料,生物材料等。还有许多研究是专门用于解决某些关键问题的,例如碳碳复合材料(飞机刹车片),叶轮铸造技术(飞机发动机叶片)等。传统的材料有玻璃、瓷器,水泥、石墨等。

人类文明常常是用材料来衡量的。例如石器时代,青铜时代,钢铁时代和硅时代。如今石墨烯是材料界的明星,不知有没有可能把人类带入石墨烯时代。

材料的课程开设主要是数学和化学、物理基础课程以及机械制图、物理化学、材料力学,电工电子,金工实习和固体物理、材料科学基础以及材料的分析和测试的相关课程。材料的实验主要是制备和测试两个部分,而测试一般离不开X射线衍射和电子显微镜。常用的检测手段还有拉曼,红外,AFM,卢瑟福背散射,AES,XPS等,感谢前人做出的卓越的贡献。

材料科学基础这门课程主要概述了材料的晶体学、力学变化和扩散、相图、固态相变等知识。

以上是我在研究生第一年下学期不久时对材料科学与工程的理解,因为对科研接触的比较少,所以其中还缺少一些真正参与其中的时候的感受,以及成为一流的材料学家所需要的素质和技巧。如果能够成为Ph.D. candidate,不知道几年之后回来看,会是如何一种感觉。本来还打算补充上英文版本,如今看来太晚,明日还有要事。等之后有机会吧。

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