Qu'est-ce que la science des matériaux? Cours universitaires, emplois, salaires

La science des matériaux est un domaine STEM multidisciplinaire qui implique la création et la fabrication de nouveaux matériaux aux propriétés spécifiques souhaitées. La science des matériaux se situe à la frontière entre l'ingénierie et les sciences naturelles, et pour cette raison, le domaine est souvent étiqueté avec les deux termes: «science des matériaux et ingénierie».

Le développement et les essais de nouveaux matériaux s'appuient sur de nombreux domaines, notamment la chimie, la physique, la biologie, les mathématiques, le génie mécanique et le génie électrique.

Points clés: Science des matériaux

Le verre de l'écran de votre téléphone portable, les semi-conducteurs utilisés pour générer de l'énergie solaire, l'amortisseur les plastiques d'un casque de football et les alliages métalliques dans le cadre de votre vélo sont tous des produits de matériaux scientifiques. Certains scientifiques des matériaux travaillent à l'extrémité scientifique du spectre lorsqu'ils conçoivent et contrôlent les réactions chimiques pour créer de nouveaux matériaux. D'autres travaillent beaucoup plus sur le côté science appliquée et ingénierie du domaine car ils testent des matériaux pour des applications, développer des méthodes de production de nouveaux matériaux et adapter les propriétés des matériaux aux spécifications requises pour un produit.

Parce que le domaine est si large, les collèges et universités décomposent généralement le domaine en plusieurs sous-domaines.

L'ingénierie de la céramique et du verre est sans doute l'un des plus anciens domaines scientifiques, car les premiers récipients en céramique ont été créés il y a environ 12 000 ans. Alors que les objets du quotidien tels que la vaisselle, les toilettes, les éviers et les fenêtres font toujours partie du domaine, de nombreuses applications de haute technologie ont vu le jour au cours des dernières décennies. Le développement de Gorilla Glass par Corning, le verre à haute résistance et durable utilisé pour presque tous les écrans tactiles, a révolutionné de nombreux domaines technologiques. Les céramiques à haute résistance telles que le carbure de silicium et le carbure de bore ont de nombreuses utilisations industrielles et militaires, et les matériaux réfractaires sont utilisés partout où des températures élevées sont en jeu, des réacteurs nucléaires au blindage thermique vaisseau spatial. Sur le plan médical, la durabilité et la résistance des céramiques en ont fait un élément central de nombreux remplacements articulaires.

Les scientifiques spécialisés dans les polymères travaillent principalement avec les plastiques et les élastomères, des matériaux relativement légers et souvent flexibles qui sont constitués de molécules à longue chaîne. Des bouteilles en plastique aux pneus de voiture en passant par les gilets pare-balles en Kevlar, les polymères jouent un rôle profond dans notre monde. Les étudiants qui étudient les polymères auront besoin de solides compétences en chimie organique. Sur le lieu de travail, les scientifiques travaillent à créer des plastiques qui ont la résistance, la flexibilité, la dureté, les propriétés thermiques et même les caractéristiques optiques nécessaires pour une application donnée. Certains défis actuels dans le domaine comprennent le développement de plastiques qui se décomposeront dans l'environnement et la création de plastiques personnalisés pour une utilisation dans des procédures médicales vitales.

La science métallurgique a une longue histoire. Le cuivre est utilisé par l'homme depuis plus de 10 000 ans, et le fer beaucoup plus fort remonte à plus de 3 000 ans. En effet, les progrès de la métallurgie peuvent être liés à l'essor et à la chute des civilisations grâce à leurs utilisations dans les armes et les armures. La métallurgie est toujours un domaine important pour l'armée, mais elle a également un rôle important dans les industries de l'automobile, de l'informatique, de l'aéronautique et de la construction. Les métallurgistes travaillent souvent à développer des métaux et alliages métalliques ayant la résistance, la durabilité et les propriétés thermiques requises pour une application donnée.

Les matériaux électroniques, au sens large, sont tous les matériaux utilisés pour créer des appareils électroniques. Ce sous-domaine de la science des matériaux peut impliquer l'étude des conducteurs, des isolateurs et des semi-conducteurs. Les domaines de l'informatique et de la communication dépendent fortement de spécialistes des matériaux électroniques et la demande d'experts restera forte dans un avenir prévisible. Nous chercherons toujours des appareils électroniques et des systèmes de communication plus petits, plus rapides et plus fiables. Les sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire dépendent également de matériaux électroniques, et il y a encore beaucoup de progrès à faire sur ce front.

Le domaine des biomatériaux existe depuis des décennies, mais il a pris son envol au XXIe siècle. Le nom "biomatériau" peut être un peu trompeur, car il ne fait pas référence à des matières biologiques telles que le cartilage ou l'os. Au lieu de cela, il fait référence aux matériaux qui interagissent avec les systèmes vivants. Les biomatériaux peuvent être en plastique, en céramique, en verre, en métal ou en composite, mais ils remplissent une fonction liée au traitement médical ou au diagnostic. Les valves cardiaques artificielles, les lentilles de contact et les articulations artificielles sont toutes faites de biomatériaux conçus pour avoir des propriétés spécifiques qui leur permettent de travailler en conjonction avec le corps humain. Les tissus artificiels, les nerfs et les organes sont aujourd'hui parmi les nouveaux domaines de recherche.

Si vous vous spécialisez en science et en génie des matériaux, vous devrez probablement étudier les mathématiques équations différentielles, et le programme de base pour un baccalauréat comprendra probablement des classes dans la physique, la biologie, et chimie. D'autres cours seront plus spécialisés et pourraient inclure des sujets tels que ceux-ci:

• Comportement mécanique des matériaux
• Traitement des matériaux
• Thermodynamique des matériaux
• Cristallographie et structure
• Propriétés électroniques des matériaux
• Caractérisation des matériaux
• Matériaux composites
• Matériaux biomédicaux
• Les polymères

En général, vous pouvez vous attendre à beaucoup de chimie et de physique dans votre programme de sciences des matériaux. Vous aurez le choix entre de nombreux cours au choix dans une spécialité comme les plastiques, la céramique ou les métaux.

Si vous êtes intéressé par la science et l'ingénierie des matériaux, vous trouverez probablement les meilleurs programmes dans des universités et des instituts technologiques complets. collèges d'arts libéraux n'ont pas tendance à avoir de solides programmes d'ingénierie, en particulier un domaine interdisciplinaire comme la science des matériaux qui nécessite une infrastructure de laboratoire importante. Des programmes solides en science des matériaux peuvent être trouvés dans les écoles suivantes aux États-Unis:

• Institut californien de technologie (Caltech)
• L'université de Carnegie Mellon
• L'Université de Cornell
• Institut de technologie de la Géorgie (Georgia Tech)
• Massachusetts Institute of Technology (MIT)
• Université du nord-ouest
• Université de Stanford
• Université de Californie à Berkeley
• Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
• Université du Michigan à Ann Arbor

Gardez à l'esprit que toutes ces écoles sont très sélectives. En fait, le MIT, Caltech, Northwestern et Stanford se classent parmi les 20 les collèges les plus sélectifs du payset Cornell n'est pas loin derrière.

Presque tous les diplômés en génie ont de bonnes perspectives d'emploi dans notre monde technologique, et la science et l'ingénierie des matériaux ne font pas exception. Vos gains potentiels, bien sûr, seront liés au type d'emploi que vous poursuivez. Les scientifiques des matériaux peuvent travailler dans des secteurs privés, gouvernementaux ou de l'éducation. Payscale.com indique que le salaire moyen d'un employé titulaire d'un baccalauréat en science des matériaux est de 67 900 $ en début de carrière et de 106 300 $ en milieu de carrière.