ما هو علم المواد؟ دورات الكلية ، وظائف ، رواتب

علم المواد هو مجال العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات متعدد التخصصات الذي ينطوي على إنشاء وتصنيع مواد جديدة ذات خصائص مرغوبة محددة. يقع علم المواد عند الحد الفاصل بين الهندسة والعلوم الطبيعية ، ولهذا السبب ، غالبًا ما يتم تسمية الحقل بكلتا المصطلحين: "علم المواد والهندسة".

يعتمد تطوير واختبار المواد الجديدة على العديد من المجالات بما في ذلك الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا والرياضيات والهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية.

الوجبات الجاهزة الرئيسية: علم المواد

زجاج شاشة هاتفك الخلوي ، وأشباه الموصلات المستخدمة لتوليد الطاقة الشمسية ، وامتصاص الصدمات البلاستيك من خوذة كرة القدم ، والسبائك المعدنية في إطار دراجتك كلها منتجات من المواد العلماء. يعمل بعض علماء المواد في نهاية العلوم من الطيف أثناء تصميمهم والتحكم في التفاعلات الكيميائية لإنشاء مواد جديدة. يعمل البعض الآخر أكثر بكثير في الجانب العلمي والهندسي التطبيقي من المجال حيث يختبرون مواد معينة التطبيقات ، وتطوير طرق إنتاج مواد جديدة ، ومطابقة خصائص المواد مع المواصفات المطلوبة لمنتج.

نظرًا لأن المجال واسع جدًا ، تقوم الكليات والجامعات عادةً بتقسيم الحقل إلى عدة حقول فرعية.

يمكن القول إن هندسة السيراميك والزجاج هي واحدة من أقدم مجالات العلوم ، حيث تم إنشاء الأوعية الخزفية الأولى منذ حوالي 12000 سنة. في حين أن الأشياء اليومية مثل أدوات المائدة والمراحيض والأحواض والنوافذ لا تزال جزءًا من المجال ، فقد ظهرت العديد من التطبيقات ذات التقنية العالية في العقود الأخيرة. أحدث تطور كورنينج للزجاج غوريلا - الزجاج المتين عالي القوة المستخدم لجميع شاشات اللمس تقريبًا - ثورة في العديد من المجالات التكنولوجية. السيراميك عالي القوة مثل كربيد السيليكون وكربيد البورون له العديد من الاستخدامات الصناعية والعسكرية ، و يتم استخدام المواد الحرارية في أي مكان تلعب فيه درجات الحرارة العالية ، من المفاعلات النووية إلى الحماية الحرارية مركبة فضائية. على الصعيد الطبي ، جعلت متانة وقوة السيراميك عنصرًا أساسيًا للعديد من بدائل المفاصل.

يعمل علماء البوليمرات بشكل أساسي مع اللدائن واللدائن - وهي مواد خفيفة الوزن نسبيًا ومرنة غالبًا تتكون من جزيئات تشبه السلسلة الطويلة. من زجاجات الشرب البلاستيكية إلى إطارات السيارات إلى سترات كيفلر المقاومة للرصاص ، تلعب البوليمرات دورًا عميقًا في عالمنا. سيحتاج الطلاب الذين يدرسون البوليمرات إلى مهارات قوية في الكيمياء العضوية. في مكان العمل ، يعمل العلماء على إنشاء مواد بلاستيكية تتمتع بالقوة والمرونة والصلابة والخصائص الحرارية وحتى الخصائص البصرية اللازمة لتطبيق معين. تتضمن بعض التحديات الحالية في هذا المجال تطوير مواد بلاستيكية تتحلل في البيئة ، وإنشاء مواد بلاستيكية مخصصة للاستخدام في الإجراءات الطبية المنقذة للحياة.

لعلم المعادن تاريخ طويل. تم استخدام النحاس من قبل البشر لأكثر من 10000 سنة ، ويعود الحديد القوي إلى أكثر من 3000 سنة. في الواقع ، يمكن ربط التقدم في علم المعادن بصعود وسقوط الحضارات بفضل استخداماتها في الأسلحة والدروع. لا يزال التعدين مجالًا مهمًا للجيش ، ولكن له أيضًا دورًا مهمًا في صناعات السيارات والكمبيوتر والطيران والبناء. غالبًا ما يعمل علماء المعادن على تطوير المعادن وسبائكها بالقوة والمتانة والخصائص الحرارية المطلوبة لتطبيق معين.

المواد الإلكترونية ، بالمعنى الواسع ، هي أي مواد تُستخدم لإنشاء أجهزة إلكترونية. يمكن أن يتضمن هذا الحقل الفرعي لعلوم المواد دراسة الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات. يعتمد مجال الكمبيوتر والاتصالات بشكل كبير على المتخصصين في المواد الإلكترونية ، وسيظل الطلب على الخبراء قويًا في المستقبل المنظور. سنبحث دائمًا عن أجهزة وأنظمة إلكترونية أصغر وأسرع وأكثر موثوقية. تعتمد مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أيضًا على المواد الإلكترونية ، ولا يزال هناك مجال كبير للتقدم في الكفاءة على هذه الجبهة.

مجال المواد الحيوية موجود منذ عقود ، لكنه انطلق في القرن الحادي والعشرين. يمكن أن يكون اسم "المواد الحيوية" مضللًا بعض الشيء ، لأنه لا يشير إلى المواد البيولوجية مثل الغضروف أو العظام. بدلاً من ذلك ، يشير إلى المواد التي تتفاعل مع الأنظمة الحية. يمكن أن تكون المواد الحيوية من البلاستيك أو السيراميك أو الزجاج أو المعدن أو المركب ، ولكنها تؤدي بعض الوظائف المتعلقة بالعلاج الطبي أو التشخيص. إن صمامات القلب الاصطناعية ، والعدسات اللاصقة ، والمفاصل الاصطناعية كلها مصنوعة من مواد حيوية مصممة لخصائص معينة تسمح لها بالعمل مع جسم الإنسان. الأنسجة الاصطناعية والأعصاب والأعضاء هي بعض مجالات البحث الناشئة اليوم.

إذا كنت تخصصًا في علوم وهندسة المواد ، فستحتاج على الأرجح إلى دراسة الرياضيات من خلال المعادلات التفاضلية ، والمناهج الأساسية لدرجة البكالوريوس من المحتمل أن تشمل الفصول الدراسية في الفيزياء, مادة الاحياءو كيمياء. ستكون الدورات الأخرى أكثر تخصصًا وقد تتضمن موضوعات مثل هذه:

• السلوك الميكانيكي للمواد
• معالجة المواد
• الديناميكا الحرارية للمواد
• علم البلورات والبنية
• الخصائص الإلكترونية للمواد
• توصيف المواد
• المواد المركبة
• المواد الطبية الحيوية
• البوليمرات

بشكل عام ، يمكنك توقع الكثير من الكيمياء والفيزياء في منهج علوم المواد الخاص بك. سيكون لديك العديد من الاختيارات للاختيار من بينها عندما تقرر تخصصًا مثل البلاستيك أو السيراميك أو المعادن.

إذا كنت مهتمًا بعلوم وهندسة المواد ، فمن المحتمل أن تجد أفضل البرامج في الجامعات والمعاهد التكنولوجية الشاملة. كليات الفنون الحرة لا تميل إلى امتلاك برامج قوية في الهندسة ، خاصة في مجال متعدد التخصصات مثل علوم المواد التي تتطلب بنية تحتية كبيرة للمختبر. يمكن العثور على برامج قوية في علوم المواد في المدارس التالية في الولايات المتحدة:

• معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك)
• جامعة كارنيجي ميلون
• جامعة كورنيل
• معهد جورجيا للتكنولوجيا (جورجيا تك)
• معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)
• جامعة نورث وسترن
• جامعة ستانفورد
• جامعة كاليفورنيا في بيركلي
• جامعة إلينوي في أوربانا شامبين
• جامعة ميشيغان في آن أربور

ضع في اعتبارك أن جميع هذه المدارس انتقائية للغاية. في الواقع ، صنفت MIT و Caltech و Northwestern و Stanford من بين العشرين الكليات الأكثر انتقائية في البلاد، وكورنيل ليس ببعيد.

تقريبا جميع خريجي الهندسة لديهم فرص عمل جيدة في عالمنا التكنولوجي ، وعلوم المواد والهندسة ليست استثناء. بالطبع ، سيتم ربط أرباحك المحتملة بنوع العمل الذي تسعى إليه. يمكن لعلماء المواد العمل في القطاعات الخاصة أو الحكومية أو التعليمية. Payscale.com تنص على أن متوسط ​​الراتب لموظف حاصل على درجة البكالوريوس في علوم المواد هو 67،900 دولارًا في وقت مبكر من حياته المهنية ، و 106،300 دولارًا بحلول منتصف الحياة الوظيفية.