材料科学与工程无处不在无所不至
繁华大千世界,材料无处不在;浩瀚宇宙世界,材料无所不至。我们每天都在和材料打交道,一根针、一件衣服、一个玻璃杯,都是由不同类型的材料制造而成的,不同类型的材料构成的物体的性质也不同。
一、专业解析
1.什么是材料
材料就在我们身边,日用品、电子通讯设备、建筑材料、医疗器械等,均是由材料构成的。从物理、化学的属性来分,材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。如果你走到超市的饮料区,会发现常见的饮料容器有金属罐装、玻璃瓶装和塑料瓶装三类,金属、玻璃、塑料分别是金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料的代表,而复合材料就是由前面两种或两种以上的材料通过物理或化学的方法组成的新性能的材料。
如今,随着各种性能优异的新型材料的研发,光纤通信、航空航天、轨道交通等领域也实现了重大技术突破。5G网络的设施建设,归功于海量光纤材料的支持;人类对宇宙空间探索能力的日渐增强,得益于钛合金航天器外壳的保护;磁悬浮列车的高速运行,取决于超导电磁体的特殊性能。材料是国民经济发展的重要支撑,是现代科技的三大支柱之一,而材料科学是一门伴随着新技术、新材料飞速发展而不断精细化的学问。
2.材料类专业包括哪些
根据教育部最新公布的《普通高等学校本科专业目录》所列,材料类专业是工学门类下的一个专业类别,下设材料科学与工程、材料物理、材料化学、冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、复合材料与工程等专业。
材料科学与工程是一门以固体物理、有机化学、无机化学、物理化学为基础,研究材料的成分、结构、加工工艺、生产、性能,并将其应用于材料的合成、制备、应用等方面的学科。现代材料科学以物理学、化学、生物学、数学、计算机和数据科学以及工程科学的知识为基础,能够使人们更好地理解、控制和扩展材料世界。材料科学与工程在材料类专业中是介于基础和应用之间的工科专业。
材料物理是从物理学原理角度研究材料结构、特性与性能的一门新兴交叉学科,其特色方向在半导体物理、电子材料、微电子器件等领域,主要面向新能源与新信息等新功能材料的探索。对学生的数学、物理基础要求较高。
材料化学是一门新兴的交叉学科,属于现代材料科学、化学和化工领域的重要分支,是发展众多高科技领域的基础和先导。在新材料的发现和合成、纳米材料制备和修饰工艺的发展以及表征方法的革新等领域,材料化学贡献巨大。
冶金工程是研究利用一切可利用的资源,制备国民经济发展所必需的各类材料,并逐步实现冶金—材料制备一体化、材料制备过程绿色化、材料多功能化的一门学科。随着计算机技术的发展,冶金与材料制备工程已由简单的制备与加工发展为材料制备过程的化学设计、计算机辅助反应器设计、过程的数学物理模拟和过程优化,使冶金与材料制备工程进入了一个新的发展阶段。
金属材料工程是材料科学与工程领域的基础学科,覆盖了冶金、有色金属、复合材料、粉末冶金、材料热处理、材料腐蚀与防护等方向。
无机非金属材料是研究无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间关系等内容的一门学科。
高分子材料与工程是研究高分子材料的设计、合成、制备以及组成、结构、性能和加工应用的学科。
复合材料与工程是一门研究各种材料的特性并按照新的性能要求进行复合的理论、技术、工艺和流程的新型技术型学科,涵盖物理学、化学、材料学、力学等多学科领域的知识。
3.课程设置
材料科学与工程专业听起来有些抽象,不好理解,但在中学化学和物理课程的学习中,大家都会接触到一些与材料科学相关的基础知识。例如,我们在高中化学课上学的“金属的电化学腐蚀与防护”这节课,初步学习了金属腐蚀的本质、化学腐蚀与电化学腐蚀的概念和原理、金属防护等方面的知识,而部分高校的材料科学与工程专业也开设了“金属的腐蚀与防护”这门课程,详细地讲授了金属腐蚀的化学和电化学基本理论,对金属腐蚀的原理有更深入的阐述,并从晶体结构和热力学角度讲述了如何提高金属和合金的耐腐蚀性。
该专业在本科阶段的公共基础课程主要有高等数学、线性代数、普通物理、计算机基础等;专业大类基础课有画法几何与工程制图、无机化学、有机化学、物理化学、工程力学等;专业必修课有材料科学基础、材料力学性能、材料物理性能、材料研究方法等。不同高校开设的专业课程根据其专业特色和培养目标的区别有一定的差异性,其专业选修课也不同。