¿Qué es la ciencia de los materiales? Cursos universitarios, trabajos, salarios

La ciencia de los materiales es un campo STEM multidisciplinario que implica la creación y fabricación de nuevos materiales con propiedades específicas deseadas. La ciencia de los materiales se encuentra en el límite entre la ingeniería y las ciencias naturales, y por esa razón, el campo a menudo se etiqueta con ambos términos: "ciencia de los materiales e ingeniería".

El desarrollo y las pruebas de nuevos materiales se basan en numerosos campos, incluidos la química, la física, la biología, las matemáticas, la ingeniería mecánica y la ingeniería eléctrica.

Conclusiones clave: ciencia de los materiales

El cristal de la pantalla de su teléfono celular, los semiconductores utilizados para generar energía solar, la absorción de impactos Los plásticos de un casco de fútbol americano y las aleaciones de metal en el cuadro de su bicicleta son todos productos de materiales. científicos. Algunos científicos de materiales trabajan en el extremo científico del espectro mientras diseñan y controlan las reacciones químicas para crear nuevos materiales. Otros trabajan mucho más en el campo de la ciencia aplicada y la ingeniería del campo a medida que prueban materiales específicos aplicaciones, desarrollar métodos para producir nuevos materiales y hacer coincidir las propiedades de los materiales con las especificaciones requeridas para un producto

Debido a que el campo es tan amplio, los colegios y universidades generalmente dividen el campo en varios subcampos.

La ingeniería de la cerámica y el vidrio es posiblemente uno de los campos científicos más antiguos, ya que los primeros recipientes de cerámica se crearon hace unos 12,000 años. Si bien los objetos cotidianos como vajillas, inodoros, lavabos y ventanas siguen siendo parte del campo, muchas aplicaciones de alta tecnología han surgido en las últimas décadas. El desarrollo de Corning de Gorilla Glass, el vidrio duradero de alta resistencia utilizado para casi todas las pantallas táctiles, ha revolucionado muchos campos tecnológicos. Las cerámicas de alta resistencia como el carburo de silicio y el carburo de boro tienen numerosos usos industriales y militares, y Los materiales refractarios se utilizan en cualquier lugar donde haya altas temperaturas, desde reactores nucleares hasta el blindaje térmico astronave. En el frente médico, la durabilidad y resistencia de la cerámica los ha convertido en un componente central de muchos reemplazos de articulaciones.

Los científicos de polímeros trabajan principalmente con plásticos y elastómeros, materiales relativamente livianos y a menudo flexibles que están formados por moléculas largas en forma de cadena. Desde botellas de plástico para beber hasta neumáticos para automóviles y chalecos de Kevlar a prueba de balas, los polímeros juegan un papel profundo en nuestro mundo. Los estudiantes que estudian polímeros necesitarán fuertes habilidades en química orgánica. En el lugar de trabajo, los científicos trabajan para crear plásticos que tengan la resistencia, flexibilidad, dureza, propiedades térmicas e incluso las características ópticas necesarias para una aplicación determinada. Algunos desafíos actuales en el campo incluyen el desarrollo de plásticos que se descompondrán en el medio ambiente y la creación de plásticos personalizados para su uso en procedimientos médicos que salvan vidas.

La ciencia metalúrgica tiene una larga historia. El cobre ha sido usado por humanos por más de 10,000 años, y el hierro mucho más fuerte se remonta a más de 3,000 años. De hecho, los avances en la metalurgia se pueden conectar con el ascenso y la caída de las civilizaciones gracias a sus usos en armas y armaduras. La metalurgia sigue siendo un campo importante para los militares, pero también tiene un papel importante en las industrias automotriz, informática, aeronáutica y de la construcción. Los metalúrgicos a menudo trabajan para desarrollar metales y aleaciones de metales con la resistencia, durabilidad y propiedades térmicas requeridas para una aplicación dada.

Los materiales electrónicos, en el sentido más amplio, son cualquier material utilizado para crear dispositivos electrónicos. Este subcampo de la ciencia de los materiales puede involucrar el estudio de conductores, aisladores y semiconductores. Los campos de la informática y la comunicación dependen en gran medida de especialistas en materiales electrónicos, y la demanda de expertos seguirá siendo fuerte en el futuro previsible. Siempre buscaremos dispositivos electrónicos y sistemas de comunicación más pequeños, rápidos y confiables. Las fuentes de energía renovables, como la solar, también dependen de materiales electrónicos, y todavía hay mucho espacio para avances en la eficiencia en este frente.

El campo de los biomateriales ha existido durante décadas, pero ha despegado en el siglo XXI. El nombre "biomaterial" puede ser un poco engañoso, ya que no se refiere a materiales biológicos como el cartílago o el hueso. En cambio, se refiere a materiales que interactúan con los sistemas vivos. Los biomateriales pueden ser de plástico, cerámica, vidrio, metal o compuesto, pero cumplen alguna función relacionada con el tratamiento o diagnóstico médico. Las válvulas cardíacas artificiales, las lentes de contacto y las articulaciones artificiales están hechas de biomateriales diseñados para tener propiedades específicas que les permiten trabajar en conjunto con el cuerpo humano. Los tejidos, nervios y órganos artificiales son algunas de las áreas de investigación emergentes en la actualidad.

Si te especializas en ciencia e ingeniería de materiales, lo más probable es que necesites estudiar matemáticas a través de ecuaciones diferenciales, y el plan de estudios básico para una licenciatura probablemente incluirá clases en física, biologíay química. Otros cursos serán más especializados y podrían incluir temas como estos:

• Comportamiento Mecánico de Materiales
• Procesamiento de materiales
• Termodinámica de materiales
• Cristalografía y Estructura
• Propiedades electrónicas de materiales
• Caracterización de materiales
• Materiales compuestos
• Materiales biomédicos
• Polímeros

En general, puede esperar mucha química y física en su plan de estudios de ciencias de materiales. Tendrás muchas opciones para elegir cuando elijas una especialidad, como plásticos, cerámicas o metales.

Si está interesado en la ciencia e ingeniería de materiales, es probable que encuentre los mejores programas en universidades e institutos tecnológicos integrales. colegios de artes liberales no tienden a tener programas sólidos en ingeniería, especialmente un campo interdisciplinario como la ciencia de materiales que requiere una infraestructura de laboratorio importante. Se pueden encontrar programas sólidos en ciencia de materiales en las siguientes escuelas en los Estados Unidos:

• Instituto de tecnología de California (Caltech)
• Universidad de Carnegie mellon
• Universidad de Cornell
• Instituto de Tecnología de Georgia (Georgia Tech)
• Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)
• Northwestern University
• Universidad Stanford
• Universidad de California en Berkeley
• Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
• Universidad de Michigan en Ann Arbor

Tenga en cuenta que todas estas escuelas son altamente selectivas. De hecho, MIT, Caltech, Northwestern y Stanford se encuentran entre los 20 colegios más selectivos del paísy Cornell no se queda atrás.

Casi todos los graduados de ingeniería tienen buenas perspectivas laborales en nuestro mundo tecnológico, y la ciencia e ingeniería de materiales no es la excepción. Sus ganancias potenciales, por supuesto, estarán vinculadas al tipo de trabajo que persiga. Los científicos de materiales pueden trabajar en sectores privados, gubernamentales o educativos. Payscale.com establece que el salario promedio de un empleado con una licenciatura en ciencias de los materiales es de $ 67,900 al inicio de su carrera y $ 106,300 a mitad de carrera.