美国留学之材料科学与工程专业

对于很多学习工科类专业的学生来说,为人所熟知的专业是EE,IT,AI等近年比较热门的专业,然而,其实除了这些,还有一些更加精密,要求更加高的专业可供选择。(想要留学的小伙伴也可直接联系BTV留学生金牌规划师陈华老师 电话:18510256182 微信:chenhua2013)

一、材料科学与工程专业介绍

材料科学与工程(Materials Science & Engineering)是研究材料制备、结构、性能、加工的学科,材料学是一个交叉学科。

美国材料科学与工程专业涉及物理、化学、生物等,它以材料学、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。

美国材料科学与工程专业与电子工程结合,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等。

随着近年来媒体将注意力大量集中在纳米科学和纳米技术上,材料科学在许多大学被推到了最前沿。它也是工程鉴定和破坏分析中的一个重要组成部分。

二、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。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。

三、常见的课程设置

Thermodynamics of materials

Introduction to materials

Kinetics of materials

Physical metallurgy

Processing and properties of ceramics

Composites

Fundamentals of polymers

Polymer processing

Mechanical behavior of solids

Materials engineering design

Materials characterization laboratory

Engineering computational laboratory

Degradation of material

Failure analysis

Phase equilibria

Senior design project

四、专业分支方向

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

总体上看,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。

1.金属材料 Metallic Materials

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,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。这个方向比较传统,竞争不太激烈,要求在国内大学里有金属材料的背景。

就业方向是在钢铁公司、冶金、机械、军工、航空航天、仪表等行业的公司。

2.计算材料科学 Computational Materials Science

主要用计算机模拟以及分子动力学的方法进行材料结构、特征模拟、复杂材料的统计力学、大分子材料理论。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。申请人较少,Ph.D.学习难度大,完成学位时间长,一般需要6年的时间,甚至有些课题需要7年,就业一般是去大学任教继续从事理论方面的研究。

3.无机非金属材料 Ceramic Materials

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,由于陶瓷材料耐高温、耐磨、硬度大在无机非金属材料中应用最广泛。这几年无机非金属材料要比金属材料发展迅速,尤其是陶瓷方面竞争比较激烈。主要课程有工程力学、材料科学、工程材料介绍机械制图、陶瓷材料介绍等。将来就业可以去建设单位、设计院、研究所、建筑施工及管理企业、质检机构。

4.高分子材料 Polymer Materials

主要研究橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料以及这些材料的制备、表征、加工、形貌、特性。主要课程有当代材料、材料选择、聚合物科学和工程介绍、高分子合成介绍、高分子材料、高分子物理、高分子化学。近些年高分子材料发展迅速应用到生活中的各个领域,高分子材料发展时间不长,所以研究成果多,申请难度比较大,对于硕士毕业申请Ph.D.的,美国教授主要看重的是研究经历、论文发表。对于直接从本科毕业申请Ph.D.的,在保持硬件好的条件下,尽量多去参加一些项目和学术交流,为personal statement和Curriculum Vitae积累素材,至于奖学金,Ph.D.的拿奖率大于Master,但是学习时间会比较长,不过这个专业的回报率还是比较高的。就业可以在研究所、设计院、日化公司、汽车、电子电气、航空航天等企业。

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。这个方向竞争最激烈,由于现在社会朝微电子方向发展,所以就业前景非常乐观,可以去电子业、研究机构、汽车等行业。

6.新兴材料

主要包括纳米材料、纳米复合材料、生物材料、能源材料,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。

五、学位选择

对于大多数的学生来说选择硕士还是博士学位申请,是一个经常困扰大家的问题。首先,申请者应该明确自己的留学需求,如果要做学术科研,PHD一定是必经之路,硕士两年的学习是远远达不到需求的,特别是材料科学这种偏重学术研究的专业,只有常年在实验室和faculty工作,才能接触到更前沿的学术成果。所以,有不少的学校在MSE专业的学位设置时明确只招收PHD,即使有MS学位通常也不太会招收国际生。另外,据海外学生反馈的情况来看,如果是材料的MS,找工作的机会也是很小的,单纯的上一年或是两年课,对找工作帮助会很小。

当然,并不是说申请材料专业的只能读PHD,还是有相当多的院校是开设了MS、PhD甚至是Meng项目的。然而,还是会有一些学校MSE系的MS项目不收国际学生,只招美国人,有的甚至只是挂个名,压根就不开班。所以想申MSE硕士的同学申请前务必确认所选的学校是否会招MSE国际硕士以及招收的人数情况,否则哪怕你硬件再硬,也是枉然。

以下是据不完全统计的MSE招收硕士学生的情况,仅供参考:

已知的不收国际MSE的MS的大学名单:PSU、OSU、Delaware、VT、WISC、RPI、Purdue、UCB、UT-A、UMN、Gatech、Drexel、UCSB、Lehigh、UConn、NCSU、TAMU、UIUC、Kentucky、UMD

已知的招收国际MSE的MS的大学名单:CMU、UFL、Upenn、SUNY-SB、Cornell、WSU (Washington State U)、WPI、ASU、USC、Rochester、ISU (Iowa State University,据悉他家MSE的MS录取时没奖,但是基本上一年后最差也能弄个半奖,好一点的能得个全奖)、Stevens、Stanford、UCI、Northwestern、UCincin、Columbia、UPitt、UCLA

从一些学校的MSE系对国际学生只开放PhD项目的情况来看,MSE在美国是一门偏研究的学科,与实际应用有一定的差距。像纳米材料、超导材料甚至很多陶瓷材料等,研究这些方向的学生毕业了大部分会选择做faculty。对于大部分人而言,进入工业界还是首选。所以,对于MSE专业想申MS的同学,可以考虑转专业申请。至于可转的专业,如果喜欢polymer或材料合成之类的,可以转申ChE甚至Petroleum Engineering,事实上有不少的学校材料与化工是在一起的;如果喜欢材料成型、铸锻焊、Materials Processing之类的,可以转申ME;如果是搞材料物理的,可以转申EE下面的半导体器件或solid state electronics等等;如果是搞数值模拟、计算材料学的,可以转申CS。

转到这些相关方向的目的在于,一是这些可转申的专业比MSE更容易就业,二是由于它们相对于MSE更偏向于应用,一般都会招收国际MS学生。其实只要确定学校的MS项目肯收人,我们就已经成功了一半,因为现在的大多数自费MS真的挺水的,只要硬件达标,就基本会被录取。

另外,对于MSE专业,想申PhD的学生,也建议不要只把眼光放在MSE系。这几年,国内学MSE的学生实在太多了,申请的人数也日益增多,再加上最近美国MSE的funding很紧张,使得MSE的offer比较难拿。大家可以充分利用MSE专业interdisciplinary的特点,考虑一下近似专业的offer。

六、就业前景

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。由此,使得材料工程专业就业十分广泛,可在政府经济管理部门或建设单位、设计单位、建筑施工企业、工程建设监理单位、房地产开发企业、工程咨询公司、国际工程公司、投资与金融等单位从事工程管理等工作,也可在高等学校或科研机构从事相关专业教学或科研工作。

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。

(来源:美嘉留学)

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