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材料科学与工程,不再是热门了吗?
2019-09-24  来源:创知路教育
关键词:材料科学 专业

  目前,不少人认为,到了大学,就不需要那么要求自己了,但是实际上,大学才是分化的开始,更了解大学能让你更加从容。

目录 | CONTENTS:
  • 材料概貌 | INTRODUCTION

  • 专业设置 | MAJOR

  • 培养计划 | COURSE

  • 毕业路径 | DEVELOPMENT

  • 典型路径 | PATH

  • 入门书籍 | BOOKS

全文阅读预计需要15分钟。

材料概貌 | INTRODUCTION

本节目录:
  • 材料专业的学生学什么?

  • 什么样的学生适合材料专业?

  • 材料专业择校推荐

  材料科学与工程是伴随新技术、新材料飞速发展而诞生的一门新兴学科。

  这是一门以固体物理、无机化学、有机化学、物理化学为基础,研究材料组成、结构、生产/加工过程、材料性能与使用效能以及它们之间关系的学科。

  材料是人类赖以生存和发展的物质基础。诸如金属、塑料、橡胶、陶瓷、磁性、光电等众多材料,广泛应用于电子通信、机械制造、工程建筑、航天航空、能源石化、生物医学、汽车工业等领域。

  材料的类型非常广泛。按物理化学性质,可以分为金属材料、有机高分子材料、无机分金属材料(陶瓷)和复合材料。按性能分,又可以分为结构材料和功能材料。

  此外,包括钢铁、水泥、塑料等已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料,已经成为很多支柱产业的基础,又被称为传统材料或基础材料。

  与传统材料相对应,随着半导体集成电路、光纤通信、航空航天技术、生物医学工程的发展,许多具有优异性能和应用前景的新型先进材料也在不断发展当中。

材料专业的学生学什么?


  材料类专业属于工科,是研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科,为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。材料专业,在中学的学习中,没有相对应的专业,但是在化学和物理课程学习过程中,肯定会接触到一些材料的基本知识。所有材料专业的学生,要学习的内容有:
  • 工科的基础课:高等数学、普通物理、线性代数等;
  • 专业基础课:物理化学、分析化学、有机化学等;
  • 专业课:材料研究方法、材料科学基础、材料工程基础等。
  其中主干课程为:材料学概论、材料科学基础、材料物理性能、工程材料、材料科学与工程实验系列等。由于材料有不同的分类,比如物理材料、化学材料的分类,所以大学阶段的材料学院,会针对不同的材料细分领域设置不同的科研团队。
  以清华材料学院为例,学院拥有6个科研团队,分为是新型功能材料团队、新能源材料团队、微结构与材料计算团队、材料加工技术及工艺仿真团队、医用环境碳材料创新团队、极端条件材料团队。材料学院本科生均授予材料科学与工程专业学士学位。2017年起,实施大类招生和培养后,材料学院每年从”数理类 “和”环境、化工与新材料类“招生。总结来说,无论选择什么方向,材料专业的学生最终需要达到的学习目标,都应该包括三块:掌握数学和物理或化学理论,应用工学与计算机,解决实际材料方面的问题

什么样的学生适合材料专业?


  材料专业,即一级学科材料科学与工程专业,属于工科类专业,在大多数学校,仅招收理科生,毕业时授予工学学位。
  那么,什么样的学生适合学习该专业呢?一般来说,判断自己是否适合进入材料专业,有两个可以考虑的维度:能力维度、出路维度。

能力维度

  ◆ 物理、化学能力

  相比于物理、化学等理科基础专业,材料专业对于数学能力的要求,相对较低,最多会用到高数、微分方程、概率论,数学不是非常好的学生,也可以考虑报考。材料专业学生所学的内容,物理大致占60%,化学大致占40%,因此,如果希望大一进校后能较快适应学习,学生最好有较好的物理、化学基础。不过,值得注意的一点在于,“较好的物理、化学基础”,并不等于“高中物理、化学成绩好”,原因在于,高中物理、化学的内容和学习方法,和大学是很不一样的。从学科内容来说,高中化学记忆的内容多、计算相对少,而大学化学是一个专业大类,存在很多分支学科,需要很多其他学科的基础知识,例如数学、物理、生物、计算机。因此,高中化学学得好,不代表有能力胜任大学化学。而高中物理与大学物理所用的数学基础,就很不一样,高中用一次和二次函数分析物理问题,大学普通物理会运用到微积分,这是两种思维体系,也是从定性分析到定量研究的过渡。从毕业出路来说,高中生对化学、物理,以及材料专业的未来路径,了解甚少。如果对科研不感兴趣,或志向不在于该领域的工作,贸然凭借对高中化学、物理课的兴趣,而选择材料专业,会存在较大风险,付出不必要的时间成本。要避免这个误区,高中生需要在选择志愿之前,提前了解大学材料专业的基本内容,以及下设的专业方向,以及各专业的主要出路、发展路径。切勿以高中生视角,看待大学材料专业。如果在做了较多了解以后,发现自己对于材料专业的理化知识有兴趣,且能看得进去,那么就可能比较适合报考材料专业。

实验能力

  并非所有的材料专业方向,都需要很强的实验能力。一般来说,功能材料(半导体、超导)方向,需要较强的实验能力,而结构材料(金属、水泥、陶瓷)方向,对实验能力的要求并不是很强。

自学能力

  如果高中理化基础较薄弱,但在做了一定了解以后,仍对材料专业有相当的兴趣,依然也可以报考该专业。不过,在这种情况下,就需要学生具备较强的自学能力、自律能力。原因在于,材料专业的理化相关课程,难度比纯理科专业低,对数学的要求也较低,如果学生的自学能力强,可以弥补入学前的差距。

路维度:至少读到硕士

  总体来说,材料专业的学生,读到硕士会面临更好的选择。本科毕业生中,除了结构材料方向的学生,大多数材料专业的本科生,都难以找到薪水较高、发展较好,且专业匹配度较高的工作。尤其功能材料方向,只有更高学历才能胜任本专业相关的工作。另外,用人单位在招聘时,高级研发职位会倾向于博士学历,其他专业技术类相关的职位,都需要至少硕士学历。培养一个真正的材料人才周期漫长,不仅要懂合成(四大化学要精通),还要懂机理(固体物理,半导体物理至少懂一点)。如果进入工业界,从实验室反应到中试再到大规模生产,至少要懂一些化工原理的知识,这些环节都需要许多年的浸淫和积累,本科学历很难胜任,只能去与技术不太相关的销售、专利申报、采购,或一线技术工人等职位。而如果希望在材料领域,做到企业高级研发,或高校教师等高度,博士学历是必须要求。综合来说,材料专业的学生需要至少拥有硕士学位,才能拥有较好的起点。

材料专业择校推荐


  对于有意报考材料专业的学生,我们有以下择校推荐:

T1:清华、上海交大、浙大、北大

T2:北航、哈工大、中科大、西安交大T3:西工大、武汉理工、天大、中南、复旦、川大、北理、华南理工、北科T4:东北大学、北化工、吉大、大连理工、同济、重大、山大、华科、华东理工
  总体来说,读材料专业的学生,最好从本科开始就能进入名校。
  理由在于,材料专业理论性、操作性强,科研导向明显,需要优质的仪器、设备等硬件条件,和高质量的师资、学工等软件条件,而相比于普通大学,名校在资金、资源方面,明显更胜一筹。另外,由于近几年材料专业属于热门,报考该专业的学生数量极多,学生水平参差不齐。这也意味着,只有拥有更扎实、更专业的基础知识、技能基础的学生,才能赢得激烈的竞争。而无论是学生毕业后保研、出国还是工作,名校本科、研究生的教育经历,可能是更好的敲门砖。基于以上原因,如果致力于就读材料专业,最好能够在本科阶段进入第一梯队的名校。如果无法进入材料专业强校,要么谨慎报考材料专业;要么在本科毕业后,应努力进入材料专业名校,修得硕士学历。

专业设置 | MAJOR

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  • 专业设置与分流模式

专业设置与分流模式


  国内大学的材料学院,最热门的当属清华材料学院、上海交通大学材料工程学院等。其中,清华大学材料学院雄厚的师资队伍、高质量的课程和实验室、高质量的教材和其它图书资料、齐全的学科和高水平的研究群体。清华大学材料学院于2012年12月正式组建,由原材料科学与工程系、原机械工程系材料加工学科组成,但是其前身历史悠久。学院现有多个国家和部委级科研和教学平台,在最新一轮教育部组织的全国一级学科评比中均被评为A+。在2017 最新发布的QS 世界大学学科排名中,清华大学材料科学学科位列世界第9 名。

  因为不同的学校有不同的专业培养计划,所以在进行专业设置和分流模式的分析时,我们以清华大学材料学院为例。该院的本科生每年从”数理类 “和”环境、化工与新材料类“招生,没有进行具体的专业分类,但是有6个不同的研究团队,而研究生的招生才分了具体的二级学科专业,分为材料物理与化学材料学材料加工工程三个专业。总体来看,材料学院的6个细分研究团队,都是热门选择。

新型功能材料团队

  新型功能材料团队主要在新型全固态锂离子电池的电极、电解质材料,高效废热发电的高性能热电材料以及大容量电力电子电容器的储能材料等领域取得了一大批具有国际先进水平的研究成果。

新能源材料团队

  新能源材料团队主要围绕面向热电、力电、光电等能量转换与储能技术的新材料及关键器件化技术开展创新性科研与人才培养工作。

微结构与材料计算团队

  微结构与材料计算团队依托北京电子显微镜中心,结合电子显微学、计算材料学以及材料制备,研究材料的微观结构与性能,主要包括金属与金属氧化物的界面与器件性能、表面与催化性能及工程合金的微观结构与形变相变机理。

材料加工技术及工艺仿真团队

  材料加工技术及工艺仿真团队的学科方向包括:集成计算材料工程,包括材料成形加工过程全流程建模与仿真及材料成形加工过程物理模拟及组织、性能表征;先进基础材料加工工程,包括轻金属材料加工工程、多孔材料加工工程及激光制造及增材制造;前沿材料加工工程,包括碳材料加工工程、非晶材料加工工程及新能源材料制备与加工。

医用环境碳材料创新团队

  团队目前主要围绕组织工程与再生医学、生物材料自组装与仿生设计、纳米生物材料与肿瘤诊疗、生物材料基因工程、以及环境材料理论、机动车尾气催化净化材料及技术、稀土催化材料及应用、新型碳材料、矿物资源开发与利用等开展创新性研究。

极端条件材料团队

  极端条件材料团队主要围绕(核、能量束、空间环境、高温高压等)极端条件下材料的行为以及合成制备开展研究,承担国防科工局挑战计划、国家重大研发计划、ITER专项等多项科研项目。

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