《选专业》每日一专业——材料科学与工程

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1、什么是材料科学与工程？

提起材料科学与工程这个专业，恐怕大部分人的第一反应是“一头雾水”或“不知所云”。的确，与其他诸如电子信息、计算机、经济管理等一眼就可以看出“研究什么”的专业相比，“材料”这一概念显得相当的宽泛。可是，正是这种无所不包的“宽泛”使得材料科学与工程这一专业成为当今国内外各行各业发展都离不开的一门基础而又重要的学科。

说“无所不包”绝对不是夸大其词。观察一下我们的生活环境，会发现处处都可以看到材料专业知识的影子。举个例子，你坐在家里看电视，电视机显示图像的元器件还有遥控器里的发信号装置是电子信息材料和光电材料。电视看腻了出门逛街要坐车，汽车的车外壳是金属材料；挡风玻璃是非金属材料，可能是有机的，也可能是无机的；车内饰是橡胶材料。逛街累了想回家做饭，先要买好晚饭的食材，到了超市购物要付钱，纸币是有机木纤维加油机印刷油墨印制的，硬币是金属材料冲压制成的。如果你不用现金而选择刷卡，信用卡又是什么做的？有机聚合物材料，还有磁性材料。买好东西拎着袋子回家，用的是现在大力提倡的环保可降解塑料袋，这是有机生物材料。

这只是生活中一个相当小的方面，可见材料无处不在。事实上，材料科学并不仅仅在这些基础的方面与我们的生活息息相关。随着时代的发展，不断提高的生活水平和日新月异的科技进步使得各方面对材料的要求达到了新的高度，这使得材料科学技术与生物技术、计算机技术和能源技术一同成为新世纪人类发展所倚重的高新科技的重中之重。在生物技术方面，人造骨骼、人造器官的研究一直是医学研究的重点，而更轻、更结实的钛合金骨骼，不会引发人体排斥的生物有机聚合材料又是实现“人造身体”的关键所在。在计算机技术方面，信息时代的“信息爆炸”要求计算机有更快的处理速度和更大的信息存储量，这些问题都可以用新型的光电材料芯片和光存储材料来解决。在能源方面，煤和石油存储量日渐减少，而核能的开发总会蒙上“非和平”的阴影，这样的局面迫使人们将注意力集中在更干净、更环保的太阳能和氢能上，而新型的光电转换材料和储氢材料的开发将使这些清洁能源的利用和存储成为可能。可以说，在人类将来的发展中，材料科学技术会起到决定性的作用。

2、培养什么人？

展望了这么多前景，相信大家对材料科学与工程这个专业的未来已建立了相当程度的信心。当然，要想真正完成依靠材料技术改变世界的壮举，需要付出相应的努力。也许你会说，我的理想不是成为科学家，我只是对这个专业比较感兴趣，想学到有用的知识。这是个很现实的问题，那就来看看材料科学与工程这个专业能让我们成为具有何种知识和能力的人才吧。

首先是培养目标。材料专业培养具备金属材料、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的工程技术型人才。

所谓金属材料，是金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。高分子材料则是以高分子化合物为基础的材料，按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料，按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。

其次是培养方案。为达到上述目的，材料科学与工程专业的学生会学习材料科学的基础理论，学习与掌握材料的制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律；接受金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料以及各种先进材料的制备、性能分析与检测技能的基本训练；培养材料设计和制备工艺设计、提高材料的性能和产品的质量，以及开发研究新材料和新工艺等方面的基本能力。

最后，当该专业学习毕业时，按照期望会获得以下几方面的知识和能力：

（1）金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及其他高新技术材料科学的基础理论和材料合成与制备、材料复合、材料设计等专业基础知识。

（2）材料性能检测和产品质量控制的基本知识，具有研究和开发新材料、新工艺的初步能力。

（3）材料加工的基本知识，具有正确选择设备进行材料研究、材料设计、材料研制的初步能力。

（4）本专业必需的机械设计、电工与电子技术、计算机应用的基本知识和技能。

（5）相关的技术经济管理知识。

（6）文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力。

3、主要代表院校

全国高校第四轮学科评估材料科学与工程学科：

清华大学、北京航空航天大学、武汉理工大学（A+）

北京科技大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、浙江大学、西北工业大学（A）

北京理工大学、北京化工大学、天津大学、东北大学、中国科学技术大学、中南大学、华南理工大学、四川大学、西安交通大学（A-）

北京工业大学、大连理工大学、吉林大学、燕山大学、复旦大学、同济大学、华东理工大学、东华大学、上海大学、南京大学、苏州大学、南京工业大学、山东大学、郑州大学、华中科技大学、重庆大学、国防科技大学、南开大学、河北工业大学、哈尔滨工程大学、东南大学（B+）

南京航空航天大学、南京理工大学、江苏大学、合肥工业大学、厦门大学、武汉科技大学、湘潭大学、湖南大学、中山大学、西南交通大学、电子科技大学、昆明理工大学、西安理工大学、西安建筑科技大学（B）

天津工业大学、天津理工大学、中北大学、太原理工大学、沈阳工业大学、江苏科技大学、南昌大学、青岛科技大学、济南大学、河南科技大学、武汉大学、中国地质大学、陕西科技大学、兰州理工大学、中国石油大学、广东工业大学（B-）

太原科技大学、大连交通大学、长春理工大学、长春工业大学、哈尔滨理工大学、浙江工业大学、安徽工业大学、华侨大学、福州大学、景德镇陶瓷大学、武汉工程大学、湖北大学、西南科技大学、贵州大学、西安电子科技大学、西安工业大学、兰州大学、青岛大学（C+）

北京交通大学、华北电力大学、内蒙古工业大学、佳木斯大学、中国矿业大学、常州大学

北京印刷学院、华北理工大学、沈阳理工大学、辽宁科技大学、沈阳化工大学、沈阳建筑大学、江西理工大学、山东科技大学、河南理工大学、湖北工业大学、暨南大学、广西大学、长安大学、上海工程技术大学、安徽建筑大学、沈阳大学、重庆理工大学、海军工程大学（C-）

4、开设哪些课程？

与其他工科专业相同，材料科学与工程专业在大学一、二年级会安排基础课程的学习，如高等数学、线性代数、概率统计与随机过程、大学英语、C语言、大学物理、基础物理实验等，以及社会类课程，如毛泽东思想概论、邓小平理论、政治经济学、法律基础等。此外，由于专业相关性，也会开设机械设计基础、机械制图、电工学等与材料生产设备相关的课程。

学习材料专业知识，对化学和数学要有兴趣，至少不能讨厌。大一、大二的许多基础课都是跟化学相关的，如无机化学、有机化学、物理化学、分析化学乃至后来的电化学、高分子化学等。有些课程经常牵涉计算，有时甚至很复杂，如物理化学和工程材料力学分析。微积分和工程数学计算一算就是几小时，这是常见的事。如果对这两门课很头疼，建议培养一下对这两门课程的好感度。

在专业课程方面，在大一、大二，学生会学习专业基础平台课程，包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料科学与工程概论等。看到这一连串的化学课程可能有些同学会问：“我进的到底是材料系还是化学系啊？”其实无论什么材料，影响其性能的因素无外乎其化学结构，因此，这几门与化学相关的课程可以说是研究材料性能的基础，是材料学的基石。而且化学知识是制造合成材料的基础，将来无论搞材料方面的研发也好，生产也好，在了解其是“怎么来的”的基础上，才能进行进一步的工作，如改性、深加工、塑形、精制等。

升入大三后将深入学习更为专业的知识，包括材料物理性能、材料力学、材料工程基础、电化学、工程材料力学性能、物理冶金原理、现代材料研究技术。无论将来选择材料五大专业方向的哪一个，这几门课程都是必不可少的基础知识。材料学科是一门综合性相当强的学科，即使你的主要研究或者工作方向只是某一种材料，如专门研究陶瓷或者专门从事工程塑料的研发生产，其他材料的基本性质也还是要知道的，因为材料的工作环境不是单一的，它很可能要与其他材料共同合作才能更好地发挥功效。例如“神五”飞船的合金外壳和外面附着的吸热耐高温涂料，一个是金属，一个是有机物及非金属化合物，如何将二者牢固地结合起来这一问题就涉及两种材料各自的结构及性质。

材料工程基础开设在大三第一学期，它首次将三大材料的制备科学与技术融为一门课程。该课程围绕金属、陶瓷、高分子复合材料等三大材料成材过程的技术原理、工艺和方法，论述了材料制取合成、材料加工成形、材料改性与表面加工以及材料复合等内容，使学生在获得较广泛的材料工程基础知识的同时，掌握材料制备过程中的基本原理和技能，从而能根据材料的性能、结构与应用要求，提出材料制备加工的方案与方法。金属材料的处理技术首先要从金属的冶炼开始，根据不同的金属元素以及对同种金属的不同性质要求，需要不同的冶炼方法，包括火法冶金、湿法冶金和电冶金等。其后，就是对冶炼出的金属材料进行以改变物理形态为主的加工处理，如锻造、铸造、轧制等。陶瓷材料主要由陶瓷粉体制得，常用方法为物理气相沉积和化学气相沉积，然后是陶瓷材料的成型处理，包括模压成型、静压成型、注浆法成型、热压铸成型、塑性成型等。关于高分子复合材料，首先是高分子原材料的制备，包括加入各种添加剂、通过升降温度的热处理进行改型等。然后便是不同材料之间的不同形式的复合方法，比如弥散复合、颗粒复合、纤维增强复合等。

工程材料力学性能这门课与材料物理性能在同一学期开设，但学的知识可就相差非常远了。这门课主要关注的对象是工程结构材料最关键的问题———力学性能，如我们平时常常听到的强度、硬度、刚度、塑性、韧性、断裂、疲劳、蠕变等。这门课的学习分为两个方面，一是金属的力学性能，二是复合材料的力学性能。材料的力学性能测试在材料科学与工程专业的任何一个方向的学习中，都是不可能跳过的一步。

物理冶金原理是专业平台课之一。这门课程讲授的是金属学方面的一些基本概念和原理，如金属和合金的晶体结构，相图，金属的凝固，塑性变形，金属的缺陷、扩散、相变等。金属的相图向来被认为是金属学中最复杂的知识段之一，但是只要学得深入一点就会明白相图理论的价值有多么重要。同样是铝合金材料，小到家中阳台的铝合金框架，大到载人航天飞船的超轻质铝合金，其性能区别在各自所用铝合金材料的相图中即可一览无余。再举一个例子，爱看武侠小说的男生们经常会对书中的种种神兵利器艳羡不已，屠龙刀、倚天剑，不一而足。那么为什么同样一块好料，在能工巧匠手里就能被打造成为绝世神兵，到了我们手里就可能被炼成废铜烂铁呢？看书看得深一点的会说“淬火是关键”，没错，这“淬火”的学问就是金属学中“金属的凝固”所关注的知识。

现代材料研究方法主要采用仪器分析的手段，按信息形式可分为图像分析法和非图像分析法。图像分析法是材料结构分析的重要研究手段，主要分为形态学和体视学研究。形态学是研究材料中组成相的几何形状及其变化，并进一步探究它们与生产工艺及材料性能间关系的学科；体视学研究材料中组成相的二维形貌特征，通过结构参数的测量，确定各物相三维空间颗粒形态和大小以及各相百分含量。非图像分析法分为衍射法和成分谱分析，前者主要用来研究材料的结晶相及其晶格常数，后者主要测定材料的化学成分。衍射法包括X射线衍射、电子衍射和中子衍射等三种分析方法，它的成分谱用于材料的化学成分分析。成分谱种类很多，有光谱，包括紫外光谱、红外光谱、荧光光谱、激光拉曼光谱等；在色谱，包括气相色谱、液相色谱、凝胶色谱等；有热谱，包括差热分析仪、热重分析仪、示差扫描量热计等；此外还有原子吸收光谱、质谱等。研究材料必须以正确的研究方法为前提。研究方法，从广义来讲，包括技术路线、实验技术、数据分析等。具体来说，就是在充分了解所研究对象所处现状的基础上，根据具体目标，详细制定研究内容、工作步骤及所采用的实验手段，并对实验获得的数据进行数学分析和处理，最后得出规律或建立数学模型。其中，技术路线的制定是至关重要的，实验方法的选择也是非常关键的。譬如，虽然制定出了完整的技术路线，但若没有相应的实验方法或先进的测试手段与之对应，则难以达到预期的目的；反过来，若仅有先进的测试手段，而没有正确的技术路线，也同样难以达到预期目的。二者相辅相成，缺一不可。

之后，诸位材料专业的学生面对的就是专业方向的选择。例如，北京航空航天大学的材料系下分为五个专业方向，分别是金属与陶瓷材料、电子信息材料与材料设计、材料加工工程与自动化、材料腐蚀与防护、高分子及复合材料。课程安排方式为每专业限选选修课加上跨专业任选选修课。金属与陶瓷材料主要介绍高温合金及其提高金属耐高温性能的陶瓷涂层材料；电子信息材料与材料设计主要介绍信息存储材料及其相关的计算模拟方法，主要研究材料的电磁性能；材料加工工程与自动化主要介绍材料加工的新工艺，如可加工高性能航空材料的激光熔覆技术等；材料腐蚀与防护包括电化学与涂层两个方面的知识；高分子及复合材料包括高分子物理、高分子化学、复合材料与工程塑料方面的研究。

专业限选课有：

金属与陶瓷材料专业———金属功能材料、高性能金属结构材料、无机非金属材料物理化学、特种陶瓷材料。

电子信息材料与材料设计专业———计算材料学（信息功能陶瓷材料）、半导体材料及器件、量子力学（固体物理概论）。

材料加工工程与自动化专业———材料加工计算机测控、先进材料加工工程、材料加工设备及自动化。

材料腐蚀与防护专业———材料腐蚀科学与技术、材料表面工程与技术、涂料与涂装工程。

高分子及复合材料专业———聚合物基复合材料及其成型工艺、高分子材料、高分子材料成型工艺、有机化学B－2。

跨专业任选课包括金属快速凝固技术、薄膜技术基础、激光材料加工、金属热处理、高分子膜材料、结构化学B、分析化学B、材料防腐蚀设计与表面工程、电化学测试技术、腐蚀科学与防护技术、先进电池材料、材料模拟实验技术、电沉积功能薄膜材料技术、清洁生产工艺导论、高分子与复合材料模具（CAD）、复合材料应用技术、化工基础、功能高分子材料、胶黏剂、仪器分析基础、无损检测、失效分析、金属成型理论、界面化学、轻质合金理论基础及应用。

5、毕业后做什么？

可以说材料是一切领域发展的基石，作为21世纪三大支柱产业之一的材料学领域，它的重要作用不言自明，与材料相关的工作岗位相当重要。材料学领域本科生毕业后的方向主要包括读研和就业两个方面。

对于大多数本科学习材料专业的人来说，读研究生是一个比较不错且比较必要的途径。所谓“大多数人”是指有兴趣学习材料的那部分人；所谓“比较不错”是说材料领域的硕士毕业生的就业明显优于本科毕业生，无论从就业的环境还是薪金待遇方面都是如此；所谓“比较必要”是说如今的材料学本科培养注重“大类”“宽口径”，即在本科阶段学习全面的学科知识，包括金属、高分子、陶瓷等，学的知识不够深入，如果有志于从事材料学某一领域的研究工作，就有必要进一步学习。因此，材料学本科生毕业后选择读研的比例较大，而且逐年上升。

关于就业方向，主要包括相关的科研单位，如中国科学院化学所、纳米中心，有色金属研究院，航空材料研究所，航天材料及工艺研究所，玻璃钢研究总院等；各类企业的研发与生产部门，如联想、三星、宝洁、海尔、长虹等国内外企业，可以说无论是IT类企业，还是日用化工类企业，抑或机械加工类企业，都需要材料及相关工程方面的人才；材料相关领域的贸易行业，如专业从事钢材、塑料、树脂、橡胶及相关制品贸易的企业，都需要有材料专业基础的人才参与销售及采购环节，尤其需要具有全面的材料学基础的人才；其他方面，即从材料方面转行从事其他行业就业的情况，由于材料学人才学习了数学、物理、化学、英语等多方面的基础学科，加之大学校园内有充分的信息资源与机会资源，所以作为一个具有综合素质的本科毕业生，完全有能力根据自己的兴趣，通过不懈的努力来实现在其他领域就业的目标，如在金融、管理、营销、行政等领域就业的材料人才就不少。

材料科学与工程专业总结

材料科学与工程是研究材料成分、结构、工艺、性能与用途之间有关知识和应用的学科。该专业方向培养具有扎实的材料科学与工程基础理论知识及相关基本技能的高级研究开发与工程技术人才。毕业生掌握材料科学与工程领域比较系统全面的基础理论知识、基本技能和方法，具有从事材料领域科技工作的初步能力。能在材料、机械、电子信息、冶金、航空航天等各种行业从事材料的生产、质量检验、工艺与设备设计、新材料的研究与开发以及经营管理工作，或在科研机构和高等学校从事教学与科学研究工作，或成为本专业及相关专业研究生的优秀生源。

就业方向

本专业学生毕业后可在各种材料的制备、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。

从事行业：

毕业后主要在汽车、教育、专业服务等行业工作，大致如下：

1、电子技术/半导体/集成电路

2、新能源

3、快速消费品(食品、饮料、化妆品)

4、原材料和加工

5、建筑/建材/工程

6、其他行业

7、机械/设备/重工

8、石油/化工/矿产/地质

从事岗位：

毕业后主要从事研发、工艺、材料工程师等工作，大致如下：

1、研发工程师

2、工艺工程师

3、材料工程师

4、现场服务工程师

5、技术员

6、销售工程师

7、技术支持工程师

8、技术工程师

工作城市：

毕业后，上海、深圳、北京等城市就业机会比较多，大致如下：

1、上海

2、深圳

3、北京

4、广州

5、成都

6、武汉

7、厦门

8、苏州

就业前景

随着人类进入新世纪和科学的发展，无论是工业领域、建筑领域、医用领域还是航空领域，材料学都面临着技术突破和重大产业发展机遇。同时以高分子材料、纳米材料、光电子材料、生物医用材料及新能源材料等为代表的新材料技术创新也显得异常活跃。很多日用化工类、机械加工类、石油化工、钢铁制造类企业都需要材料及相关工程方面的人才。

学生毕业后可以到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、陶瓷、水泥、家用电器、电子电气、汽车厂、钢铁企业、石油化工、制造企业、航天航空等企业从事设计、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。

本科生除了就业以外，另一个主要去向就是读研或深造。可以说读研率高是材料类专业的一大特点。学生在本科阶段学习的知识也是全面的、基础性的，以便为将来的学习打好基础。如果想要在某一领域有深入的研究和发展，还需要进一步学习深造。从很多企业招聘的学历要求和给予的待遇就能看得出，高学历毕业生在就业环境和工资待遇等方面明显优于本科毕业生。因此，毕业生考研和继续深造的比例很大。

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