材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替

材料,是人类社会的物质生产资料基础。万物离不开材料,那么什么是材料科学?

材料科学是研究材料结构和性能的一门学科,它是由物理、化学、数学为基础,以实际需求为推动力,形成的一门工科类专业。材料科学所研究的内容,简单概括,可以归纳为下面的结构图:

材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替

材料科学四要素

从实际需求出发,研究材料成分、组织结构、性能、工艺之间的关系。材料主要分三大块:金属材料、无机非金属材料(陶瓷)以及高分子聚合物材料。

首先说说金属材料,金属材料其实从咱们春秋战国开始,就进入了人们的视野里了,那时大家都喜欢玩青铜器件,其实青铜是指锡青铜,主要是锡元素和铜元素的混合金属,也就是有色合金材料。钟鸣鼎食短短四字,就道出了当时王谢堂前的喧嚣与热闹。其实,在我国许多朝代,金属材料属于国家专属经营,盐铁一词也由此而来。金属材料在冷兵器时代,往往象征着整个国家的富强。多年前出土的夫差剑可以说是当时金属冶炼的巅峰,表面镀铬处理,让其历经千年完好如初,体现了古时匠人的高超冶金水平。但是,由于青铜器件本身极易被腐蚀氧化,而且材质软,因此不适合大规模战场交锋,后来随着冶炼技术的发展,人们进入了铁器时代。


材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替


材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替

其实,我们可以说,到目前为止,我们仍处在铁器时代,钢铁其实就是铁与碳在火间共舞,构造出了我们如今的物质世界基础。钢铁的出现,让人类的生产工具实现了一个跃迁式的发展。我们可以很容易找到国外上世纪无论六十年代,针对钢铁材料大量的学术性研究成果,但是神奇的是,你很难找到上世纪五六十年代后,国外在这方面的科研成果,原因是,上世纪五六十年代后,国外针对钢铁材料进行了技术封锁,并非在这一领域,没有突破新的科研成果,而是这些科研成果绝大部分都转化成了真金白银,因此出于成果保护的考虑,这些研究成果并不会对外公开。

材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替

我们都知道,我国如今钢产量全球领先,甚至出现了钢产量过剩的情况,但是,现实是,对于国外高性能牌号的金属材料,我们还存在很大的距离。比如,针对核电系统,内部大量的结构件的材料目前还只能依赖进口。当然,国家也在着力解决这样的问题。

接下来,我们简单说说非金属材料。

陶瓷材料并非我们常规理解的家里装修用的陶瓷瓷砖。陶瓷材料包括各种金属氧化物。这一类材料主要用于电子信息材料和器件方面。比如我们日常使用的手机内部,就存在各种各样的陶瓷材料。而现在,更多地称这些材料是功能材料。功能材料主要利用材料本身的光声热电磁等特性,满足实际的使用要求。例如,芯片就是一种功能材料集成体系的器件,内部包括二氧化硅基底、包括各种晶体管、滤波器、射频器等等。

材料科学前世今生——落寞与喧嚣的交替

而陶瓷材料的前沿,主要结合各种传感器、结合各种电子领域的研发,进行不断地推陈出新。

当然,陶瓷材料除了功能性陶瓷材料,还有一大类,就是结构性陶瓷材料。例如SiN、BN、Al2O3等。这一类结构性陶瓷材料,主要是满足一些特定服役工况而诞生的。例如航空航天、核电、深海探测等。结构和功能性两大类陶瓷构成了如今陶瓷材料的主体。

最后,就是高分子材料。传统的高分子材料包括:橡胶、塑料和纤维。其实,高分子材料构成了我们生活,我们身上穿的衣服,吃的食物,都是高分子材料。而高分子材料也在逐渐进步,目前高分子材料结合生命科学,出现了生物高分子材料,主要对医学、生命科学进行相应的理论研究。

我们在初中高中,都听到过这样一句话:未来,是材料的世纪。这句话让一部分人走上了材料科学这条路,但是,多年后的今天,我们发现,材料科学被人笑称为“四大天坑”专业。原因是,材料科学学习难度高,但是就业往往面向工厂和生产,工作环境差,工资待遇低,这也让当年进入这门学科的人大呼后悔。

这确实是如今材料科学发展的现实。究其原因,还是因为我们目前高校和产业界脱钩,高校研究的前沿性成果并不能够很好地落地。这也说明,我们目前,还处于社会主义初级阶段了,对于高附加值的材料研发和成果并不能够很好的吸收和包容。戏称就是我们现在还很穷。

研发一种新材料,投入的研发成本是巨大的,而这种研发成本,目前国内很难有企业能够承担,因此,我们更习惯去买已有的成熟的进口材料,这也就导致,材料行业对于中低端的研发人员需求并不是那么旺盛。市场决定了你的价值,你就很难拿到太好的工资。

就我本人而言,本科学的是机械,硕士进一步做摩擦磨损(材料一个分支)方向,硕士毕业,找过一些工作,工资待遇也就在15万/年左右,很难达到计算机行业20万/年的硕士起薪水平(北上广,当然,非北上广深杭,计算机和材料硕士的待遇差距其实并不大,普遍在10-15万/年)。现在,博士期间做的是电子信息材料(阴差阳错转换方向),根据同组已毕业的前辈待遇来看,大部分还都不错,进企业的能拿到30-50万/年,进高校当老师的那就另说了。

我们都知道,材料很重要,但是如今的市场给出了材料的价值就只值这么多,那么你要么选择转行要么选择坚持。材料科学热门过,前些年资本炒作了一番3D打印,让一批人赚的盆满钵满,其实,3D打印的概念和机器学习一样,都诞生于上个世纪。再前些年,汽车行业红红火火,带动了模具行业的蓬勃发展,让许多青年人投入到了模具开发的大坑中,那些年,模具开发的高薪和如今的计算机有些雷同。这个行业曾经风光过,其实就是资本在背后进行着炒作。如今,资本已经离场,材料回归了无人问津。

翻看国内重大研发项目,十项中有一多半都和材料相关,可见国家的重视,但是材料领域的年轻人拿不到实实在在的实惠,也是不争的事实。

有人问我,你为什么不转专业?因为既然读到了博士,那么学习能力肯定没什么问题,转个行业,趁早离开不行么?

我想,我喜欢现在的生活,喜欢现在做的课题,喜欢现在的东西,而且,长期看来,待遇比不上计算机博士,但也还可以,就不想再折腾了。另外,多少就是所谓的情怀。而且,计算机这一行也不好混,一将功成万骨枯啊,学材料的,学化学的,学生物的,学环境的,学机械的,学电气的,学土木的,学法律的,都挤入计算机行业了,再加上科班出来的计算机人才,这个行业太拥挤了,于其进去尝尝内卷的苦楚,倒不如拿着还凑合的薪资,继续我的科研之路吧。


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