美国研究生材料科学与工程专业申请解析

2019-10-16 11:33:00
兆龙留学
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近年来,伴随着新能源及节能环保、航空航天等高科技的领域的飞速发展,材料科学与工程专业成为理科生出国留学申请的热门。对于去美国留学读材料科学与工程专业的学生来讲,美国材料科学与工程硕士分哪些研究方向呢?今天,兆龙留学美国部老师Laurel Liu就带大家了解一下美国研究生材料科学与工程专业的基本情况吧~

一、材料科学与工程专业介绍

材料科学与工程专业是以材料学、化学、物理学为基础,系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能,并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。该专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识,能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作,适应经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。材料其实是一门高度交叉的学科,所涉及的理论包括固体物理学,材料化学,与电子工程结合,则衍生出电子材料,与机械结合则衍生出结构材料,与生物学结合则衍生出生物材料等。

材料学是一门对材料深入探究的学科,你会学到材料的结构和属性,以及他们之间的关系;你会了解是什么控制和影响材料的内部结构,以及改变它们的过程。你会学习到为何材料会是这样的是一个研究方向,材料是如何处理的则是另一个研究方向;同样你需要学习如何制造新的材料,以及现有的材料的多种用途,学习大量的物理和化学知识,还有繁多的实验室工作。你要明白如何把数学应用到专业学习中,并用你新学到的技能来解决大量的问题。通信技术、计算机工业和生物技术只是众多行业中需要材料科学家和工程师中的一些。通过该专业的学习,你会精于鉴别、定性、生产、设计和处理许多我们日常生活中使用的材料。康奈尔大学建议我们生活在“材料时代”,所以你的专业学习会引领你找到一份不错的工作。

二、材料科学的分支方向

材料科学可按多种方法进行分类:

• 按物理化学属性分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料

• 按用途分为电子材料、宇航材料、建筑材料、能源材料、生物材料

• 实际应用中又常分为结构材料和功能材料

1.金属材料

金属材料是最传统的材料如钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属,主要研究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。主要课程有当代材料、材料科学和工程介绍、金属处理、粉末冶金、腐蚀与防护等。

2.无机非金属材料

无机非金属材料是三大基础材料之一,主要研究水泥、玻璃、光导纤维、非金属矿、绝缘材料、功能陶瓷如压电陶瓷等。由于陶瓷材料耐高温、耐磨、硬度大,因此在无机非金属材料中应用最广泛。

3.计算材料科学

主要是利用 Monte Carlo 模拟以及分子动力学的方法进行材料结构,特性的模拟和理论计算,材料热力学和动力学过程的模拟,超大大分子材料的理论计算,复杂材料的统计力学计算等等。主要是理论方面的研究,需要有数学、线性代数、统计学的背景。课程设置有材料原理、混乱和损坏理论、量子力学与分子动态仿真、仿真和纳米模型系统、计算机模型、完整的微电子器件装置。

4.高分子材料

研究内容包括生物材料,导电高分子材料,生物高分子材料,自组织生物材料,水溶胶以及高分子材料的制备以及高分子材料加工-形貌-特性的关系的研究。

5.电子、光学、磁性材料

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。

6.材料科学发展的新兴方向

最近十几年,材料科学的发展具有高度交叉的特点,很多从事材料研究的学者都来自物理,化学,生物,电子工程等不同的背景。目前最尖端的材料研究领域是纳米材料、纳米复合材料、生物材料、能源材料等等。这些材料都是最近几年开始迅猛发展,申请难度比较大,需要申请者有很好的物理、生物、化学背景,但是就业非常好,可以去制药厂、医疗器材、国防机构等。

总体上看,兆龙留学刘老师表示一般偏理论和传统的学科是比较好申请的,应用方面、新兴热门是比较难申请的,比如金属材料、材料计算科学相对来说比较好申请,而无机非金属材料、电子、光学材料、高分子材料是比较难申请的。

三、学位设置:

在美国大学中,材料科学与工程专业一般是在工程学院下,有独立的 Department。之前说过其学位设置每个学校会有所不同,大体可以分为两种情况:一是 只开设MS 和PHD 学位,这里的 MS学位通常是针对就业的 Professional 学位;另一种则是开设有常规的 MS, MEng 和 PHD 学位,MS 通常是两年,以授课为主,侧重学术,毕业后可以选择就业也可继续攻读PHD 学位;而 MEng则是一年,主要针对就业,更侧重于实践。兆龙留学刘老师提醒大家值得注意的是,有不少学校只对国际生开设PHD 课程,即使有MS 学位的开设,招收国际学生的数量很少。

四、选校策略:

学校所在的地理位置对于将来的实习和就业有着非凡的意义。因此,在选校时,一定要格外关注学校的地理位置,周边的产业分布。大城市就业机会多,这是一个不争的事实。除此之外,对于大部分材料专业的学生来讲,还要考虑其专业分支方向的选择,不同的分支研究可进入的就业领域也是有区别的。譬如,选择生物医学材料方向的毕业生,主要是进入医院或是制药厂做研究,因此东北部地区特别是新泽西州众多的制药公司就是一个很好的选择;选择金属等传统材料方向的毕业生,大部分会进入重工业领域,对于五大湖地区特别是匹兹堡这样的传统工业区是比较匹配的;而选择新兴纳米材料、能源材料以及半导体等方向的研究,加州会是不错的选择。

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五、学校特点

除了地理位置的考虑,学校的自身特点和研究特色也是申请者需要重点考虑的因素。美国有材料科学的大学分别有自己不同的特点,从名称上看都叫材料科学与工程,但实际上不同的学校研究的方向和侧重点有很大的差别,不同学术背景的申请者应该选择适合自己的学校申请。下面是对美国开设材料科学与工程的学校进行分类说明:

1. 综合材料类:

这类学校是指上述所有领域的研究方向全部包括,这些学校的综合排名和专业排名都非常高,因此申请难度比较大:University of Illinois-Urbana Champaign, University of California at Berkley, MIT, Northwestern University, Pennsylvania State University, Georgia Institute of Technology,Cornell University.

2. 偏重金属材料方向的学校:

这类学校的材料科学与工程系主要偏重粉末冶金,凝固与铸造,合金相变,磁性材料的性能与制备,材料的力学性能等。这类学校适合那些从事传统金属材料学习和研究的申请者。

这类学校主要有:University of Tennessee, Michigan Tech, New Mexico Institute of Mines and Tech, University of Connecticut,University of Missouri-Rolla, Purdue University, Case Western Reserve University, Michigan State University, Auburn University, Worcester Polytechnic Institute.

3. 偏重于高分子类材料的学校:

这类学校适合那些在中国从事高分子材料或者化学、化工背景 的 申 请 者。University of Virginia, University of Delaware,University of California-Davis, Clemson University,SUNY-Stony Brook..

4. 高度交叉类的学校:

偏重于新兴纳米材料,半导体材料,纳米光电子材料的学校。这类学校材料系研究的都是非常前沿的课题,他们的课题和教授都和其他的院系有非常紧密的联系,充分体现了当前材料研究的高

度交叉性:Princeton University 专门有普林斯顿材料研究院 PRISM,主要从事纳米光电子,纳米量子材料器件的研究,申请者不仅要有扎实的材料基础,同时还必须有非常强的物理电子学背景,申请的难度很大。University of California-San Diego 这个学校的材料系是不同的院系组合起来的,没有专门的材料系的 faculty,几乎所有的项目都来自不同的院系。这样的材料系适合具有物理,化学,电子工程等专业背景,并偏重材料研究的申请者,对于专门学习材料专业的申请者不是非常合适。Columbia University 材料系是固体物理系和地质科学与采矿系共同组建的,主要从事半导体材料的研究,偏重于从固体物理的角度研究材料的特性,因此比较适合物理背景的申请者。材料系的申请者物理基础比较单薄,申请比较困难。

六、就业前景

随着材料工程技术的迅猛发展,材料已经不仅在种类上得到拓展,而且在包括光、声、电、磁、力、超导,以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩展与深度发掘。此类新材料的出现,推进了高技术产品的智能化与微型化,从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。新材料与新能源,以及新材料与新能源中的高新技术的发展,正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。现在的材料科学与工程学科是多学科性的,由于材料的应用越来越广泛,并渗透到各行业,许多领域都与材料的制备、性质、应用等密切相关,使得材料成为机械、电子、化工、建筑、能源、生物、冶金、交通运输、信息科技等行业的基础,并与这些相关学科交叉发展。

学生毕业后可到高分子材料及高分子复合材料成型加工、高分子合成、化学纤维、新型建筑装饰材料、现代喷涂与包装材料、汽车、家用电器、电子电气、航空航天等企业从事设计、新产品开发、生产管理、市场经营及贸易部门工作,也可以到高等学校、科研单位从事科学研究与教学工作,还可以到政府部门从事行政管理、质量监督等工作。

我国新兴材料起步较晚,但近年来发展很快,呈逐年上升的趋势,与世界发达国家水平相比,我国高分子材料的品种、产量、制造工艺、技术水平和人均消耗量均存在非常大的差距,研究能力比发达国家落后近 10 年,产业化能力比发达国家落后近 20 年。由此可见,我国材料产业的研究力量和技术水平都还比较落后,急需具有开阔视野,有很强的工程实践能力,勇于探索,具有吃苦耐劳精神,有创新思维、创新能力高素质人才。从我国材料发展可以看出,材料科学与工程发展过程正遵循着从宽广到细分,又从细分到综合的科学发展普遍规律,也体现了社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互作用关系。

由此可见,在国际化日渐深入的今天,社会一定是需要那些掌握高端技术的人才,所以留学成了最好的选择。美国的大学拥有世界上最先进的技术,最高端的实验设备,从那里可以学到的技术一定是未来社会所需要的。毕业可以在电子、汽车、制药这些行业都是高薪行业,而对于希望继续从事这方面研究的人可以进入高校任教或者科研机构。

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