材料科学，亦被称作材料工程，聚焦于物质特性及其在各类科学与工程领域的融合运用。它属于跨领域学科，着重探究材料制备或加工工艺、微观结构以及宏观性能这三者间的内在联系。所涉及的理论知识涵盖固体物理学、材料化学、应用物理与化学，以及化学工程、机械工程、土木工程和电机工程等多个范畴。当材料科学与电子工程相结合，便催生出电子材料；与机械领域融合，衍生出结构材料；和生物学交融，则诞生了生物材料等等。近年来，随着媒体对纳米科学的高度关注，材料科学在科学与工程学领域的知名度与日俱增。它还是鉴识科学以及破坏分析中的关键构成部分，以破坏分析为例，其在剖析各类飞航意外事故时发挥着核心作用。当前，众多科技难题受制于材料的性能极限，因而，该领域的突破对于未来科技发展具有举足轻重的指示意义。鉴于材料科学广阔的应用前景，国际学术界盛赞其为 21 世纪最ju潜力的学科。
那么，中国和美国的材料学专业存在多大差异呢？总体而言，美国在材料学的教学与研究层面，领先中国约 50 年。从教学内容来看，中国的材料学教学更侧重于理论知识的学习，实际操作经验相对匮乏，国内使用的教材大多译自国外。在理论学习过程中，学生参与实验的机会较少，教学方向主要分为材料加工、材料物理和材料化学这三个板块。其中，科研常见方向包含但不限于功能材料、铸造与耐磨材料、表面强化与器件制造、焊接研究、新材料、工程材料以及材料强度研究等。而美国的材料学本科教育，极为注重学生实际操作经验的积累，在本科学习阶段，理论与实践紧密结合。例如，学生会运用软件设计模型，模拟铸造过程中可能出现的缺陷，随后进行实际操作，并且美国高校格外重视学生的实习经历。
材料科学可依据多种方式进行分类，不同学校在研究侧重点上各有千秋。以下为大家介绍几个常见的分支学科，具体的分支方向及研究内容，建议前往申请学校的官方网站查询。
该方向是材料领域中历史最为悠久、传统底蕴最为深厚的分支之一。主要学习内容涵盖金属以及以金属为基础的合金，像钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属等，着重研究它们的微观结构对材料力学和物理性能所产生的影响，以及合金中不同成分比例对材料硬度、韧性、拉伸强度等方面的作用。在美国，由于整体科研风气倾向于新材料研究，传统金属材料方向的关注度相对较低，所以申请该方向的竞争并不十分激烈，对申请者的 GPA 以及 GT 成绩要求也相对不高。申请者大多来自国内大学金属材料及相关专业，即便所在学校实力一般，只要 GPA 达到 3.0 左右，TOEFL 成绩在 90 分左右，
GRE 成绩达到 310 分左右，通常都有机会被美国 TOP 100 的学校录取。该方向的就业途径主要有两条：一是投身金属材料的科研领域，在实验室从事研究工作或担任高校教师；二是进入工业界，成为技术人员，常见于钢铁公司、冶金、机械、军工、航空航天、仪表等行业。相较于陶瓷材料，金属材料在美国的就业前景更为广阔，社会实用性强，就业形势较为乐观。
高分子材料是当今世界发展最为迅猛的产业之一，已广泛渗透至电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。其研究范畴包括活性聚合、新材料的合成与研发、聚合物结构与性能、反应性加工、先进复合材料及应用、超细材料及纳米材料、生物材料、新型功能材料、化学建材和化学纤维等。近年来，高分子材料领域发展势头强劲，众多美国高校纷纷加大在该领域的科研投入。与历经百年发展、已趋于成熟的金属材料不同，高分子材料兴起不过短短几十年，却不断涌现出创新研究成果，如高分子导电以及软光刻技术的发展，为电子工业的进步注入了强大动力。申请该方向的竞争较为激烈，一般要求申请者具备物理、化学或者与高分子交叉的专业背景。平均来看，成功申请者的条件大致为：GPA＞3.4，GRE 数学部分（Q）＞160，TOEFL＞88（美国顶jian名校的要求会高于这个平均水平）。对于申请高分子材料专业 PhD 的研究生而言，研究经历（Research Experiences）和实习经历（Internship）相较于硬件条件更为关键。所以，硬件条件一般的学生可以着重在研究经历、实习以及论文发表等方面下功夫。对于本科生申请 PhD，在确保硬件条件出色的前提下，应尽可能多地参与实验室项目，为个人简历增添亮点。在奖学金方面，PhD 的获奖几率高于 Master，不过该专业的学习周期较长，但回报率也相对较高。在就业方面，毕业生可从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等工作。
电子，光学和磁性材料 Optical、Electronic and Magnetic Materials
该专业主要研究光学与光谱学、液晶、聚合物二级管、光电池和光子晶体、半导体材料和装置、磁存储器、磁性薄膜及磁性发电机装置、压电晶体的表面和界面特性等。核心课程包括量子力学、材料化学、热力学及阶段均衡、结构固定的缺陷、材料的机械性能、电子学、热力学、非结晶固定、高分子物理、材料成像、电子电磁材料等。在很多学校，该专业隶属于电子工程（EE）专业之下，是材料科学（materials Science）与 EE 的交叉学科，因此，光电和磁学物理专业的同学可直接申请。目前，该专业是材料科学领域中最热门的方向，申请人数众多，竞争极为激烈，对申请者的硬件条件和软件条件均有较高要求。申请者不仅要具备扎实的数学、物理、外语、电子学和计算机科学基础，还需拥有熟练的实验技能。鉴于当下社会向微电子方向发展的趋势，该专业在材料专业中的就业前景最为可观，毕业生可进入电子业、研究机构、汽车等行业工作。
计算材料科学 Computational Materials Science
这是一门正处于快速发展阶段的新兴交叉学科，主要围绕材料组成、结构、性能以及服役性能的计算机模拟与设计展开研究。该领域以理论研究为主，申请人数相对较少，竞争并不激烈。然而，该领域的 PhD 学习难度较大，完成学位所需时间较长，最短需要 5 年，通常为 6 年。就业前景方面，相关职位主要集中在美国的几个大型国家实验室，如橡树岭（Oak Ridge）国家实验室等。
无机非金属材料 Ceramic Materials
无机非金属材料作为三大基础材料之一，包含结构陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等。其研究内容主要有固体电解质材料的制备、结构和性能研究；结构陶瓷的制备、组织结构和性能的研究；磁性材料、电性材料、压电陶瓷、半导体陶瓷等功能材料的制备和研究；古陶瓷和日用陶瓷的研究与开发；高温陶瓷、耐火材料的制备和开发等。相较于金属材料，该专业方向的申请难度更高。近年来，陶瓷领域的发展速度远超金属材料，例如，高温超导陶瓷材料的问世，对经济发展产生了重大影响，目前该领域的研究活动十分活跃。所以，该申请方向的竞争比金属材料更为激烈，未来就业主要集中在科研机构从事研究工作。该方向对 GPA 的要求在 3.0 以上，根据申请学位的不同，学校会对申请者提出特殊要求。在申请过程中，研究经历（Research Experiences）、实习经历（Internship）以及论文发表等，都能对申请起到一定的推动作用，不同层次的学校在要求上会有所差异。与申请金属材料专业的人数相比，该专业的申请人数略多一些。目前，该专业的就业状况基本处于供求平衡状态，但高层次的材料专业人才仍较为短缺。在无机非金属材料中，玻璃方向的就业前景相对其他陶瓷方向更为乐观，而陶瓷材料（包括功能陶瓷）正逐渐在工业界失去优势地位。
纳米科技涵盖纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工学、纳米光子学、纳米检测与表征等多个方面。其中，纳米材料与技术是这些分支学科的交汇点，也是纳米科技的核心与基础。通常情况下，纳米材料与半导体材料紧密相关，与电子工程（EE）专业高度重合，申请该方向的同学可关注学校 EE 专业下是否设有相关分支。就当前纳米科技的全球发展态势而言，欧美日等国家和地区已大力投入研究多年。截至 2007 年初，美国在纳米技术研发方面的投入已达 56 亿美元，日本每年在该领域的研究投资也约为 5 亿美元。相比之下，国内的纳米科技研究起步较晚，无论是科研水平，还是与市场的契合度，与欧美日都存在较大差距。不过，差距也意味着潜力与发展空间巨大，一旦纳米技术广泛应用于日常生活，对相关专业人才的需求必将急剧增长。纳米材料专业人才的主要工作任务包括纳米材料表征、石墨烯及碳纳米材料研发、纳米材料改性、纳米材料合成、无机纳米材料制备以及交叉学科纳米材料应用等。纳米材料与技术专业的毕业生，一般可在科研院校以及纳米材料、黏合剂、涂料、电镀、陶瓷等相关领域，从事产品开发、生产和检测等工作，其职业发展道路与材料专业的学生大致相似。总体来说，纳米材料专业的毕业生主要有以下就业去向：一是进入研究院继续从事纳米材料的研发工作，这是该专业人才在本领域深入研究的主要途径；二是进入纳米材料行业企业；三是进入传统材料相关企业。
该专业主要研究碳纳米管的合成及自然材料的特征、无机材料的合成、有机和生物材料化学、材料加工、材料热力学、生物应用材料、分子细胞和生物力学、材料力学和生物材料、材料成像等。在研究过程中，常与仿生学相结合，比如人造骨骼和人造肌肉的研发。
主要研究太阳能电池、能量贮存、经济和环境材料选择、高级能量转换的基础、固态元件和能量转换、材料的能量贮存、能量和材料制定政策、未来能源系统材料等。在实际应用中，最为常见且应用广泛的便是太阳能电池板。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法，在宏观层面组合而成的具有全新性能的材料。各种组成材料在性能上相互补充，发挥协同效应，使得复合材料的综合性能优于原始组成材料，从而满足多样化的需求。
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