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美國材料科學(xué)與工程細(xì)分領(lǐng)域有哪些?
上傳時(shí)間: 2023-06-20 19:52:24           瀏覽量: 1337

手機(jī)屏幕的玻璃、用于產(chǎn)生太陽能的半導(dǎo)體、足球頭盔的減震塑料以及自行車車架中的金屬合金都是材料科學(xué)的產(chǎn)物。材料科學(xué)家可以通過設(shè)計(jì)和控制化學(xué)反應(yīng)來創(chuàng)造新的材料,或通過測試特定應(yīng)用的材料來開發(fā)生產(chǎn)新材料的方法,并將材料的特性與產(chǎn)品所需的規(guī)格相匹配。下面托普仕zane老師給大家分享一下美國材料科學(xué)與工程細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容。

材料科學(xué).png

  1)陶瓷和玻璃

  陶瓷和玻璃工程是最古老的科學(xué)領(lǐng)域之一,第一批陶瓷器皿起源于大約 12,000 年前。除了餐具、馬桶、水槽和窗戶等日常用品,近幾十年來也出現(xiàn)了許多高科技應(yīng)用,比如大猩猩玻璃——一種用于幾乎所有觸摸屏的高強(qiáng)度、耐用玻璃——已經(jīng)徹底改變了許多技術(shù)領(lǐng)域。在醫(yī)療方面,陶瓷的耐用性和強(qiáng)度使其成為許多關(guān)節(jié)置換術(shù)的核心組成部分。

  2)聚合物

  聚合物科學(xué)家主要研究塑料和彈性體——由長鏈狀分子組成的相對較輕且通常具有柔韌性的材料。從塑料飲水瓶到汽車輪胎,再到防彈凱夫拉爾背心,聚合物在我們的世界中發(fā)揮著深遠(yuǎn)的作用??茖W(xué)家們致力于制造具有特定應(yīng)用所需的強(qiáng)度、柔韌性、硬度、熱性能和光學(xué)特性的塑料,同時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn),包括開發(fā)可在環(huán)境中分解的塑料以及制造用于挽救生命的醫(yī)療程序的定制塑料。選擇該領(lǐng)域的學(xué)生需要很強(qiáng)的有機(jī)化學(xué)技能。

  3)金屬

  冶金科學(xué)歷史悠久。人類使用銅已有10,000多年的歷史,而強(qiáng)度更高的鐵可追溯到3,000多年前。事實(shí)上,冶金學(xué)的進(jìn)步可以與文明的興衰聯(lián)系起來,要?dú)w功于它們在武器和盔甲中的應(yīng)用。如今,冶金仍然是軍事的重要領(lǐng)域,但它在汽車、計(jì)算機(jī)、航空和建筑行業(yè)也發(fā)揮著重要作用。冶金學(xué)家經(jīng)常致力于開發(fā)具有特定應(yīng)用所需的強(qiáng)度、耐用性和熱性能的金屬和金屬合金。

  4)電子材料

  從廣義上講,電子材料是用于制造電子設(shè)備的任何材料。材料科學(xué)的這個(gè)子領(lǐng)域涉及導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的研究。計(jì)算機(jī)和通信領(lǐng)域?qū)﹄娮硬牧蠈<业囊蕾嚦潭群芨撸诳深A(yù)見的未來,對專家的需求仍將保持強(qiáng)勁。太陽能等可再生能源也依賴于電子材料,在這方面仍有很大的效率提升空間。

  5)生物材料

  “生物材料”指的是與生命系統(tǒng)相互作用的材料,包括但不限于塑料、陶瓷、玻璃、金屬或復(fù)合材料,具有與醫(yī)療或診斷相關(guān)的某些功能。人造心臟瓣膜、隱形眼鏡和人造關(guān)節(jié)都是由生物材料制成的,這些生物材料具有特定的特性,可以與人體協(xié)同工作。新興的研究領(lǐng)域有人造組織、神經(jīng)和器官等。

  6)3D打印

  3D打印的優(yōu)勢在于小批量生產(chǎn),僅制造所需的東西(稱為“快速原型制作”),從而節(jié)省時(shí)間和材料,避免浪費(fèi)?,F(xiàn)在有越來越多的可用源材料,例如金屬、合金和陶瓷粉末,可以用于逐層構(gòu)建大型物體;可以生產(chǎn)先進(jìn)的醫(yī)療假肢及航空航天和汽車零件;未來還可能會擴(kuò)展到納米級,允許原子級的構(gòu)建。

  7)光學(xué)材料與照明

  從激光晶體到 LED,先進(jìn)的光學(xué)材料在高科技領(lǐng)域無處不在。通過材料科學(xué),科學(xué)家們可以制出防彈、防碎、觸敏、導(dǎo)電及對光和溫度波動(dòng)敏感的玻璃。常見的照明設(shè)備如發(fā)光二極管 (LED),由氮化鎵 (GaN) 等半導(dǎo)體組成,可用于制作節(jié)能燈泡、電視和智能手機(jī)等電子設(shè)備的顯示屏。目前人們正在開發(fā)使用替代材料來生產(chǎn) LED,以提高效率和性能,尤其是亮度和顏色質(zhì)量,如有機(jī)半導(dǎo)體 (OLED) 和量子點(diǎn) (QLED) 。

  8)薄膜沉積

  薄膜沉積工藝的各種技術(shù)對于所有高科技領(lǐng)域都至關(guān)重要,包括集成電路、半導(dǎo)體晶體和納米材料的制造等等?!俺练e”最薄的材料層是通過“濺射”等物理或化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的,通過離子轟擊將目標(biāo)材料去除并轉(zhuǎn)化為定向氣相/等離子相。

  9)衛(wèi)星

  材料科學(xué)是太空探索的基礎(chǔ)。外太空環(huán)境十分惡劣,這就需要能夠承受進(jìn)出地球大氣層的高溫以及太陽輻射持續(xù)轟擊的材料。由高純度氧化物制成的超白抗反射涂層、由鋁和鈹制成的超強(qiáng)和超輕的耐火結(jié)構(gòu)合金以及由銥(已知的最低腐蝕金屬)制成的部件已成為建造航天器和衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)。

  以上就是美國材料科學(xué)與工程細(xì)分領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容。如果您對美國留學(xué)感興趣,歡迎您在線咨詢托普仕留學(xué)老師。托普仕留學(xué)專注美國TOP30名校申請,采用5v1服務(wù)模式,21步精細(xì)服務(wù)流程,硬性四維標(biāo)準(zhǔn)+六維背景提升等留學(xué)服務(wù)體系,為學(xué)生申請美國名校提供保障。

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