مثير للإعجاب

ما هو علم المواد؟

ما هو علم المواد؟

علم المواد هو حقل STEM متعدد التخصصات يتضمن إنشاء وتصنيع مواد جديدة ذات خصائص محددة محددة. تقع علوم المواد على الحدود بين الهندسة والعلوم الطبيعية ، ولهذا السبب ، غالبًا ما يتم تسمية الحقل بكلتا المصطلحين: "علوم وهندسة المواد".

يعتمد تطوير واختبار مواد جديدة على العديد من المجالات بما في ذلك الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا والرياضيات والهندسة الميكانيكية والهندسة الكهربائية.

الوجبات السريعة الرئيسية: علوم المواد

  • علم المواد هو مجال واسع متعدد التخصصات يركز على إنشاء مواد لها خصائص محددة.
  • تشمل التخصصات في هذا المجال المواد البلاستيكية أو السيراميك أو المعادن أو المواد الكهربائية أو المواد الحيوية.
  • يركز منهج علم المواد النموذجي على الرياضيات والكيمياء والفيزياء.

التخصصات في علوم المواد

إن زجاج شاشة هاتفك الخلوي ، وأشباه الموصلات المستخدمة في توليد الطاقة الشمسية ، والبلاستيك الماص للصدمات لخوذة كرة القدم ، والسبائك المعدنية في إطار دراجتك كلها منتجات من علماء المواد. يعمل بعض علماء المواد في نهاية العلوم من الطيف أثناء تصميمهم والتحكم في التفاعلات الكيميائية لإنشاء مواد جديدة. يعمل الآخرون أكثر من ذلك بكثير على الجانب العلمي والهندسي التطبيقي في الحقل حيث يقومون باختبار المواد لتطبيقات معينة ، وتطوير طرق لإنتاج مواد جديدة ، ومطابقة خصائص المواد مع المواصفات المطلوبة للمنتج.

نظرًا لأن الحقل واسع جدًا ، تقسم الكليات والجامعات الحقل إلى عدة حقول فرعية.

السيراميك والزجاج

تعتبر الهندسة الخزفية والزجاجية واحدة من أقدم مجالات العلوم ، حيث تم إنشاء أواني السيراميك الأولى منذ حوالي 12000 عام. بينما لا تزال الكائنات اليومية مثل أدوات المائدة والمراحيض والمصارف والنوافذ جزءًا من هذا المجال ، فقد ظهرت العديد من التطبيقات عالية التقنية في العقود الأخيرة. لقد أحدث تطوير كورنينج لزجاج الغوريلا - الزجاج المتين عالي القوة والمستخدم لشاشات اللمس كلها - ثورة في العديد من المجالات التكنولوجية. تتمتع السيراميك عالي القوة مثل كربيد السيليكون وكربيد البورون بالعديد من الاستخدامات الصناعية والعسكرية ، وتستخدم المواد المقاومة للحرارة في أي مكان تلعب فيه درجات الحرارة المرتفعة ، من المفاعلات النووية إلى التدريع الحراري على متن المركبات الفضائية. على الصعيد الطبي ، جعلتها متانة وقوة السيراميك عنصرًا رئيسيًا في العديد من بدائل المفصل.

البوليمرات

يعمل علماء البوليمرات في المقام الأول مع المواد البلاستيكية واللدائن المرنة ذات الوزن الخفيف نسبيا والمرنة في كثير من الأحيان والتي تتكون من جزيئات طويلة السلسلة. من زجاجات الشرب البلاستيكية إلى إطارات السيارات إلى سترات كيفلر المقاومة للرصاص ، تلعب البوليمرات دورًا كبيرًا في عالمنا. سيحتاج الطلاب الذين يدرسون البوليمرات إلى مهارات قوية في الكيمياء العضوية. في مكان العمل ، يعمل العلماء على إنشاء مواد بلاستيكية تتمتع بالقوة والمرونة والصلابة والخواص الحرارية وحتى الخصائص البصرية اللازمة لتطبيق معين. تشمل بعض التحديات الحالية في هذا المجال تطوير مواد بلاستيكية تنهار في البيئة ، وإنشاء مواد بلاستيكية مخصصة لاستخدامها في الإجراءات الطبية المنقذة للحياة.

المعادن

العلوم المعدنية لها تاريخ طويل. لقد استخدم البشر النحاس منذ أكثر من 10000 عام ، ويعود الحديد القوي إلى أكثر من 3000 عام. في الواقع ، يمكن أن ترتبط أوجه التقدم في علم المعادن بنشوء وسقوط الحضارات بفضل استخدامها في الأسلحة والدروع. لا تزال صناعة التعدين مجالًا مهمًا للجيش ، لكنها تلعب أيضًا دورًا مهمًا في صناعات السيارات ، والكمبيوتر ، والطيران ، والبناء. يعمل علماء المعادن في الغالب على تطوير معادن وسبائك معدنية مع القوة والمتانة والخصائص الحرارية المطلوبة لتطبيق معين.

المواد الالكترونية

المواد الإلكترونية ، بمعنى أوسع ، هي أي مواد تستخدم لإنشاء الأجهزة الإلكترونية. يمكن أن يشمل هذا الحقل الفرعي لعلوم المواد دراسة الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات. تعتمد مجالات الكمبيوتر والاتصالات بشكل كبير على المتخصصين في المواد الإلكترونية ، وسيظل الطلب على الخبراء قويًا في المستقبل المنظور. سنبحث دائمًا عن أجهزة وأنظمة اتصال إلكترونية أصغر وأسرع وأكثر موثوقية. تعتمد مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية أيضًا على المواد الإلكترونية ، ولا يزال هناك مجال كبير للتقدم في الكفاءة على هذه الجبهة.

المواد الحيوية

إن مجال المواد الحيوية موجود منذ عقود ، لكنه بدأ في القرن الحادي والعشرين. يمكن أن يكون اسم "المادة الحيوية" مضللاً بعض الشيء ، لأنه لا يشير إلى المواد البيولوجية مثل الغضروف أو العظام. بدلاً من ذلك ، يشير إلى المواد التي تتفاعل مع الأنظمة الحية. يمكن أن تكون المواد الحيوية بلاستيكية أو خزفية أو زجاجية أو معدنية أو مركبة ، ولكنها تخدم بعض الوظائف المتعلقة بالعلاج الطبي أو التشخيص. جميع صمامات القلب الصناعية والعدسات اللاصقة والمفاصل الصناعية كلها مصنوعة من مواد حيوية مصممة لتكون لها خصائص محددة تسمح لها بالعمل مع جسم الإنسان. الأنسجة الاصطناعية ، والأعصاب ، والأعضاء هي بعض من مجالات البحوث الناشئة اليوم.

دورات الكلية في علوم المواد

إذا كنت متخصصًا في علوم وهندسة المواد ، فستحتاج على الأرجح إلى دراسة الرياضيات من خلال معادلات تفاضلية ، ومن المحتمل أن يشمل المنهج الأساسي للحصول على درجة البكالوريوس فصولًا في الفيزياء والبيولوجيا والكيمياء. ستكون الدورات الأخرى أكثر تخصصًا وقد تشمل موضوعات مثل:

  • السلوك الميكانيكي للمواد
  • تجهيز المواد
  • الديناميكا الحرارية للمواد
  • علم البلورات والبنية
  • الخصائص الإلكترونية للمواد
  • توصيف المواد
  • المواد المركبة
  • المواد الطبية الحيوية
  • البوليمرات

بشكل عام ، يمكنك توقع الكثير من الكيمياء والفيزياء في منهج علوم المواد الخاص بك. سيكون لديك العديد من الاختيارية للاختيار من بينها كما يمكنك اختيار تخصص مثل البلاستيك أو السيراميك أو المعادن.

أفضل المدارس لتخصصات علوم المواد

إذا كنت مهتمًا بعلوم وهندسة المواد ، فمن المحتمل أن تجد أفضل البرامج في الجامعات والمعاهد التكنولوجية الشاملة لا تميل الجامعات الإقليمية الأصغر وكليات الفنون الحرة إلى امتلاك برامج قوية في الهندسة ، خاصةً مجال متعدد التخصصات مثل علوم المواد يتطلب البنية التحتية المخبرية كبيرة. يمكن العثور على برامج قوية في علم المواد في المدارس التالية في الولايات المتحدة:

  • معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك)
  • جامعة كارنيجي ميلون
  • جامعة كورنيل
  • معهد جورجيا للتكنولوجيا (Georgia Tech)
  • معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)
  • جامعة نورث وسترن
  • جامعة ستانفورد
  • جامعة كاليفورنيا في بيركلي
  • جامعة إلينوي في أوربانا شامبين
  • جامعة ميشيغان في آن أربور

ضع في اعتبارك أن كل هذه المدارس انتقائية للغاية. في الواقع ، تحتل جامعة MIT و Caltech و Northwestern و Stanford المرتبة الأولى بين الكليات العشرين الأكثر انتقائية في البلاد ، كما أن كورنيل لم يبتعد كثيرًا عن ذلك.

متوسط ​​راتب عالم المواد

تقريبا جميع خريجي الهندسة لديهم فرص عمل جيدة في عالمنا التكنولوجي ، وعلوم المواد والهندسة ليست استثناء. بالطبع ، سيتم ربط أرباحك المحتملة بنوع الوظيفة التي تتابعها. يمكن لعلماء المواد العمل في القطاعات الخاصة أو الحكومية أو التعليمية. ينص Payscale.com على أن متوسط ​​الراتب للموظف الحاصل على درجة البكالوريوس في علوم المواد هو 67،900 دولار في بداية حياته المهنية ، و 106،300 دولار بحلول منتصف حياته المهنية.


شاهد الفيديو: - علم المواد و هندستها #العلمبالعربي (سبتمبر 2021).