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专业指导:高校材料科学与工程专业大解密

2009-02-24 09:20:10高校招生杂志文章作者:

  黄金军团的“金刚钻”

  ——材料科学与工程专业巡礼

  还记得《哈利·波特》中哈利从父亲手中接过的那件隐身衣吗?只要穿上它,就可以把自己完全隐身。虽然这只是电影里面的情节,但目前英国和美国的科学家表明:他们可以研制出一些制造隐身衣的特殊材料。而制作隐身衣的关键在于可以反射光线和任何种类的电磁辐射的材料。参加这项研究工作的相关人员介绍说:“这种超材料不像电影《哈利·波特》中制造的隐身衣具有超强的功能,这种超材料由金属构成,非常容易破碎。”虽然科学家明确表示,要研究这种材料是一个巨大挑战,但也让我们看到了人们在材料领域的不断创新。

  目前,我们已身处一个材料的世界。就拿2008年北京奥运会来说,许多运动员手拿的球拍都是镍钛金属球拍,富有强度和韧性。日常生活中还有很多新材料的应用,比如大家熟悉的防晒霜,这是典型的有纳米材料添加的商品。还有原子弹、航天飞机、防弹背心甚至科幻小说中的“太空升降机”都与材料科学有密切联系。

  可以这么说,新材料的研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。我国第一颗氢弹的爆炸成功、第一艘核潜艇的胜利下水、第一艘软着落卫星顺利返回地面、首次向太平洋海域成功发射的运载火箭以及我们成功发射神舟系列宇宙飞船都离不开材料的功劳。无论是传统行业还是新兴的电子信息制造业、生态环境材料、航空航天材料等都离不开新材料的衍生产品,材料人才的牛市走势,让材料科学与工程专业再次进入了人们的视野。

  需求:“材料”呼叫人才

  在21世纪,材料科学技术是国民经济发展的重要支撑,是航天、航空、信息、国防等高新技术进步的基础。国内支柱产业及高技术产业发展对新材料的需求不断扩大,机械制造业、电子信息制造业、汽车工业、建筑业等支柱产业的快速发展对原材料在质量、性能与数量等方面都提出了更高的要求。高新技术产业将带动新材料需求的增加,特别是电子信息材料以每年20%至30%的速度增长,生物医用材料以约20%的速度递增。此外新型能源材料、生态环境材料、航空航天材料等新材料的需求将随着社会经济的发展而迅速增加;复合材料的需求将有较大幅度的增加,特别是树脂基的复合材料。

  材料行业的迅速发展急需大量人才。目前据相关专家分析,我国在材料成型设计方面缺乏的人才在20万到30万之间,并且呈逐年递增趋势,特别是材料科学与工程专业已经成了“抢手货”。目前我国整个材料行业都缺少高精尖人才,我国材料行业的人才缺失问题已经成了众多企业发展的桎梏。据广东一家科技产业公司的技术总监介绍,该公司主要从事碳化硼、碳化硅等产品的研发,急需材料人才。

  材料科学与工程专业在这几年因市场对人才的需求已成为高校里炙手可热的专业之一。到目前为止,我国设有材料类专业的高校有约近400多所,而大多数高校在材料科学与工程专业的培养上各具特色,那么要成为一名合格的材料科学与工程人员究竟要具备哪些知识?而大学的课程安排又是怎样的呢?别急,让我们接着往下看。

  初识:除却巫山不是云

  所有的制造业都离不开材料,而材料类专业则是专门研究制作材料的,可谓工科专业中“基础的基础”。科学技术的发展对材料提出新的要求,促进了材料科学的形成。材料科学在短时间内遍及人们的衣、食、住、行以及生物、医疗、环境、信息、能源、国防和航空航天等各个领域。而材料科学与工程专业更是国民经济发展的重要支撑,是航天、航空、信息、国防等高新技术进步的基础。

  材料科学与工程专业有着丰富的内涵,不仅包括金属、陶瓷等传统的结构材料,而且包含了具有众多特殊性能和用途的功能材料。20世纪60年代以来,材料工程技术的迅猛发展,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。

  材料科学与工程专业偏向于用物理或化学方法研究材料的合成、结构与性质,材料结构与性质之间的关系,学习材料的改性和成型加工,进行功能材料、各种基体的复合材料、生物材料的学习。通过材料结构显微分析、近代仪器分析方法、材料的物理性能与力学性能测试、材料制备与成型加工工艺等实验培养。学生既可从事材料组成、合成工艺、组织结构与性能之间规律性的基础科学研究工作,又可独立承担相关专业领域内的教学和管理工作。

  细探:你方唱罢我登场

  高考前我偶然看到一篇课外读物讲的是材料科学。那篇文章把材料说得很神奇,把材料应用说得相当广泛。如生物应用材料、纳米材料,我们可以拿来做人关节、生物骨,生物调节上可以做成生物轴,耐高温。材料在军事上用处很大,比如核武器,离了材料根本做不成……当时看完这篇文章后就决定高考一定报考材料类专业,后来很幸运被东北大学材料与冶金学院材料科学与工程专业录取。学校开设的材料科学与工程专业是首批国家一级重点学科,学校在该专业上具有相当的培养实力。简单地说,大学期间就是学习材料的组织与结构、材料的性能与用途、材料的设计与制备。

  材料科学与工程专业从名字上听比较枯燥,但学起来非常有乐趣。大一主要学习高等数学、英语、线性代数、概率等基础课程,大二、大三才是专业课,东北大学的材料科学与工程专业偏重于金属材料和非金属材料方向,金属材料就是钢铁方面,非金属主要是陶瓷方面。在学习了工程材料学、材料制备与加工、材料工艺设备设计基础、材料的力学性能等专业基础课程后,还有一些如结构材料、功能材料、陶瓷材料以及材料制备、材料设计等方向的特色专业课程需要学习。

  我印象最深的是学习生物陶瓷与涂层材料课程时,老师讲到了生物材料应用最广的就是人体整形最常用的填充材料——医用硅橡胶高分子材料,诸如人工关节、整形填充材料、人工肌腱等。当我学习复合材料课程时才意识到我天天带的树脂镜片就是复合材料,连镜框也是;现在许多装饰材料,比如防潮墙体用的是木塑复合材料,还有垃圾桶用的也是复合材料,可以防水、防潮、防腐……比如学习材料力学性能课程时讲格里菲斯(Griffith)断裂理论,我才知道,无论什么材料内部都会存有裂纹,玻璃结晶后,由于热应力产生固有的裂纹,陶瓷粉末在压制烧结时也不可避免地残存裂纹……

  还记得有一次我们去大连的一个钢厂实习,时间虽然只有2周左右,却学到相当多的知识,实践与理论结合在一起才能更好地应用,实习主要是参观、培训。在没有实习前,老师讲材料腐蚀基础课程,没多大印象,听得也是云里雾里。但到了钢厂,一下子就把知识点明晰了。看到表面光洁的钢铁零件在潮湿的空气中过不了多久就会生锈,光亮的钢零件会变暗或产生铜绿,才明白原来这就是大气腐蚀呀。实习时我才理解课本上说钢件脆断的石墨化现象,钢件在工作温度和应力长期作用下,会使碳化物分解成游离的石墨,使钢的强度和塑性显著降低引起钢件脆断,而这个过程是自发进行的……

  总之,通过短期的实习,对机械与材料冷热加工有了感性认识,了解了工程系统测量方面的技术,为随后的就业打下了一定基础。说起就业,材料科学与工程专业由于应用广泛,在众多领域都有很大前途。我们毕业后可在航空航天、冶金、机械、汽车、电子、信息、交通、化工和建筑等工业企业及相关科研单位和高等院校承担相关专业领域内的技术咨询和管理等工作。我所认识的师兄、师姐们毕业后很多都进入钢厂成为技术骨干,从事材料质量控制、性能改善及新材料、新工艺、新技术开发的工程技术工作。

  特色:高校“材料”花开千朵

  市场就是指挥棒,由于社会需求量大,研究领域不断拓展,材料专业无论在招生还是科研上都发展很快。由于开设该专业的院校很多,院校在该专业的培养方向及特色上自然有所不同。

  材料科学是当今世界重点发展的带头学科之一。清华大学根据拓宽基础和专业面的原则,材料科学与工程专业学生要用三年左右的时间系统完成工程技术基础和专业基础课的学习和实践后,将分别按材料物理、金属物理、无机非金属材料、复合材料和电子材料5个学科方向深入培养。

  北京科技大学的材料科学与工程一级学科所覆盖的学科均可以追溯到建校初期,开设的材料方面的专业主要以新材料与新技术为特色。由于学院老师承担了大量国家重要科研课题和企业委托的研究发展任务,本科生在校学习期间,还可跟导师进实验室做科研。目前,“中国材料名师讲坛”已在学校举办了31讲,邀请全世界材料领域权威专家、学者到此讲座。

  哈尔滨工业大学的材料学院紧密围绕国防尖端技术发展需要的新型材料、新型材料的精密和特种加工技术设置课程和内容,培养国防尖端技术发展所需的优秀工程技术及管理人员。

  北京化工大学的材料学是国家重点学科,高分子材料科学与工程专业是传统强项,碳基复合材料、无机非金属材料和金属材料防护学科在全国具有很高的知名度。

  还有一些大学在材料方面的研究水平接近国际一流,如北京航空航天大学材料科学与工程专业在先进结构材料、新型功能材料、高能束流表面工程、材料的失效分析与预测预防、高分子及复合材料等研究方向已达到或接近国内外一流水平。

  喜欢英语的工科学子可以选择上海交通大学材料科学与工程学院,它在本科教学中积极推行“双语教学”,而且该学院是全国高校中建立最早、在材料研究及应用领域成绩卓越的教学和科研单位之一。据该校相关老师介绍说,材料科学与工程专业本科生就业情况良好。本科生学习成绩优秀者,有机会免试进入硕士研究生学习阶段,也可通过国家统一考试,成为本校或其他院校和科研机构的硕士研究生。据统计,材料学院本科毕业生中直接攻读国内硕士学位的比例平均为30%,申请出国的约占10%。

  需要提醒考生,材料科学与工程专业要求扎实的物理、化学基础和专业理论。学生还可以根据自身条件进一步深造,并在不断的实践过程中丰富和提升自己的能力。简言之,材料科学与工程是一个充满挑战和机遇的领域,如果你钟情并为“它”消得人“憔悴”,通过辛苦的专业培养及大量实践,相信会创造一片属于自己的“材料”领地!

[标签:高校 学习方法]

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