一、材料科學與工程專業學科概況
材料科學與工程學科是研究各類材料的組成及結構,制備合成及加工,物理及化學特性,使役性能及安全,環境影響及保護,再制造特性及方法等要素及其相互關系和制約規律,并研究材料與構件的生產過程及其技術,制成具有一定使用性能和經濟價值的材料及構件的學科。
當前,材料已與信息、能源并列為國民經濟的三大支柱。材料是社會進步的物質基礎和先導,是冶金、機械、化工、建筑、信息、能源和航天航空等工業的支撐。材料作為社會生產生必要的組成部分,早已作為一個統一的范疇進入政治家和產業界的視野,獨立的材料科學與工程學科也應運而生。
隨著社會和科技進步,應用上既要求性能更為優異的各類高強、高韌、耐熱、耐磨及耐腐蝕等新型結構材料,也需要各種具有力、光、電、磁、聲及熱等特殊性能及其耦合效應的新型功能材料,同時對材料與環境的協調性等方面的要求也日益提高。生物材料、信息材料、能源 材料、納米材料、智能材料、極端環境材料及生態環境材料等已逐漸成為材料研究的重要領域。同時,計算機在材料科學中的應用,為深入了解材料成分、制備工藝、組織結構性能的關系提供了可能,也為材料制備過程組織演變模擬提供了強有力的工具,計算材料和虛擬工程逐步發展成材料科學與工程的一個重要分支。展望未來,材料科學與工程學科的發展方向主要包括如下幾個方面:實現微結構不同層次上的材料設計以及在此基礎上的新材料開發:材料的復合化、低維化、智能化和結構功能一體化設計與制備技術研發;材料加工過程的智能化、自動化、集成化、超精密化技術的開發等。另外,一方面要注重研究和解決有關材料的質量和工程問題,不斷挖掘傳統材料的潛力;另一方面,也要特別注重研究和解決與能源、信息相關的新興材料,支撐社會可持續發展。
二、材料科學與工程專業學科內涵
材料科學與工程學科屬于工學門類的一級學科,它主要研究材料的組成結構、合成加工、基本性質及使役性能等要素和它們之間相互關系的規律,并研究材料的生產過程及其技術。根據材料的組成形式,可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料;根據材料的性能特征,又可分為以力學性能為應用基礎的結構材料和以物理及化學性能為應用基礎的功能材料。
材料科學與工程學科以數學、力學、物理學、化學和生物學等基礎科學為基礎,以加工制造等工程學科為服務和支撐對象,是一個理工結合、多學科交叉的新興學科,其研究領域涉及自然科學、應用科學以及工程學。材料科學與其他工程學科的結合發展和相互豐富,充實了人們對自然科學的認識,推動和促進了科學技術的發展和進步。
材料科學與工程一級學科設有材料物理與化學、材料學、材料加工工程、高分子材料與工程和資源循環科學與工程5個學科方向。
三、材料科學與工程專業學科范圍及培養目標
材料科學與工程一級學科設有材料物理與化學、材料學、材料加工工程、高分子材料與工程和資源循環科學與工程5個學科方向。
1.材料物理與化學
是一門以物理學、化學等自然科學為基礎,從電子、原子、分子等多層次上研究材料的結構及其與物理、化學性能之間的關系的學科。材料物理與化學方向重點基于物理、化學的基本原理,結合材料科學的前沿研究與發展動態,利用先進的理論研究、分析與設計方法和技術,以及高水平的實驗平臺、裝備和工藝,致力于探索新材料中組成、尺度、結構、性能之間的本構關系及其內在的熱力學演變規律,探索符合新能源、新一代信息技術、生物、高端裝備制造產業、新能源汽車產業等發展需求的新材料、新技術、新工藝、新產品及其工程化應用的有效途徑。
2.材料學
是研究材料的成分、組織及結構、合成制備及加工工藝與性能及使役特性之間關系的學科,為材料設計、制備、工藝優化和合理使用提供科學依據。材料學及其發展不僅與揭示材料本質和演化規律的材料物理與化學學科相關,而且和提供材料工程技術的材料加工工程學科有密切關系。材料學是探討材料普遍規律、支撐材料加工技術的一門應用基礎學科。
3.材料加工工程
是研究控制外部形狀和內部組織結構將材料加工成能夠滿足使用功能和服役壽命預期要求的各種零部件及成品的應用技術的學科,F代材料加工工程學科的內涵已超越傳統冷、熱加工的范疇,與材料學、材料物理與化學、機電、自動控制等學科,以及新型高性能材料的研發有著相互依存和彼此促進的密切聯系,彰顯其多學科交叉的特征,并成為再制造工程的關鍵技術支撐之一。材料加工工程的研究范圍包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料等,主要研究材料的外部形狀和內部組織與結構形成規律和控制技術。當代材料加工技術和相關工程問題包括材料的表面工程、材料的循環利用、材料加工過程模擬及虛擬生產、加工過程及裝備的自動化、智能化及集成化、材料加工過程的在線檢測與質量控制、材料加工的模具和關鍵設備的設計與改進、再制造快速成形理論與技術等。
材料加工工程理論基礎包括數學基礎:數學分析和工程數學(線性代數、數理統計);物理基礎:大學物理和工程力學;化學基礎:無機化學、有機化學、物理化學;工程基礎:機械制圖、機械設計基礎、電工和電子學基礎;材料科學基礎:金屬學、晶體學、晶體缺陷、擴散和相變理論、材料成形(液態與固態)及微觀組織結構表征方法、材料物理、力學性能及其測試技術。
4.高分子材料與工程
高分子材料是以高分子化合物為基體的材料,主要有塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑和樹脂基復合材料等。高分子材料與工程學科是研究高分子材料制備、結構、性能、成型、服役及其相互關系的學科,為高分子材料的設計、制造、使用及循環利用提供科學依據,為高分子新材料、新工藝、新裝備的開發提供理論基礎。
高分子材料與工程學科以化學、物理、生物、數學等自然科學和化工、計算機、機械等應用學科為基礎,以高分子化學、高分子物理、高分子材料成型加工及設備、高分子材料表征等為基礎課程。從實驗、計算機模擬和理論三方面,對高分子材料的組成、結構、性能、工藝進行從分子到宏觀材料的多尺度空間與時間的深入系統研究。