Wat is materiaalkunde?

Materiaalkunde is een multidisciplinair STEM-veld dat de creatie en productie van nieuwe materialen met specifieke gewenste eigenschappen omvat. Materiaalkunde bevindt zich op de grens tussen engineering en de natuurwetenschappen, en om die reden wordt het veld vaak aangeduid met beide termen: "materiaalkunde en engineering."

De ontwikkeling en het testen van nieuwe materialen is gebaseerd op tal van gebieden, waaronder chemie, natuurkunde, biologie, wiskunde, werktuigbouwkunde en elektrotechniek.

Belangrijkste afhaalrestaurants: materiaalkunde

• Materiaalkunde is een breed, interdisciplinair veld gericht op het maken van materialen met de specifieke eigenschappen.
• Specialisaties binnen het veld omvatten kunststoffen, keramiek, metalen, elektrische materialen of biomaterialen.
• Een typisch materiaalwetenschappelijk curriculum benadrukt wiskunde, scheikunde en natuurkunde.

Specialisaties in materiaalkunde

Het glas van het scherm van uw mobiele telefoon, de halfgeleiders die worden gebruikt om zonne-energie op te wekken, de schokabsorberende kunststoffen van een voetbalhelm en de metaallegeringen in uw fietsframe zijn allemaal producten van materiaalwetenschappers. Sommige materiaalwetenschappers werken aan de wetenschappelijke kant van het spectrum terwijl ze chemische reacties ontwerpen en beheersen om nieuwe materialen te maken. Anderen werken veel meer aan de toegepaste wetenschap en techniek van het veld, omdat ze materialen testen voor specifieke toepassingen, methoden ontwikkelen voor het produceren van nieuwe materialen en de eigenschappen van materialen afstemmen op de specificaties die vereist zijn voor een product.

Omdat het veld zo breed is, splitsen hogescholen en universiteiten het veld meestal op in verschillende subvelden.

Keramiek en glas

Keramiek en glastechniek is aantoonbaar een van de oudste wetenschapsgebieden, want de eerste keramische vaten werden ongeveer 12.000 jaar geleden gemaakt. Hoewel alledaagse voorwerpen zoals serviesgoed, toiletten, wastafels en ramen nog steeds deel uitmaken van het veld, zijn er de afgelopen decennia veel hightech-toepassingen ontstaan. Corning's ontwikkeling van Gorilla Glass - het zeer sterke, duurzame glas dat voor bijna alle aanraakschermen wordt gebruikt - heeft een revolutie teweeggebracht in veel technologische gebieden. Keramiek met hoge sterkte, zoals siliciumcarbide en boorcarbide, wordt voor tal van industriële en militaire doeleinden gebruikt en vuurvaste materialen worden overal gebruikt waar hoge temperaturen een rol spelen, van nucleaire reactoren tot de thermische afscherming op ruimtevaartuigen. Op medisch gebied hebben de duurzaamheid en sterkte van keramiek hen tot een centraal onderdeel van vele gewrichtsvervangingen gemaakt.

polymeren

Polymeerwetenschappers werken voornamelijk met kunststoffen en elastomeren - relatief lichtgewicht en vaak flexibele materialen die zijn opgebouwd uit lange ketenachtige moleculen. Van plastic drinkflessen tot autobanden tot kogelvrije Kevlar vesten, polymeren spelen een diepgaande rol in onze wereld. Studenten die polymeren bestuderen, hebben sterke vaardigheden in organische chemie nodig. Op de werkplek werken wetenschappers aan het maken van kunststoffen met de sterkte, flexibiliteit, hardheid, thermische eigenschappen en zelfs optische eigenschappen die nodig zijn voor een bepaalde toepassing. Enkele huidige uitdagingen op dit gebied zijn onder meer het ontwikkelen van plastics die in het milieu zullen afbreken, en het creëren van op maat gemaakte plastics voor gebruik in levensreddende medische procedures.

Metals

Metallurgische wetenschap heeft een lange geschiedenis. Koper wordt al meer dan 10.000 jaar door mensen gebruikt en veel sterker ijzer gaat meer dan 3.000 jaar terug. Vooruitgang in de metallurgie kan inderdaad worden verbonden met de opkomst en ondergang van beschavingen dankzij hun gebruik in wapens en bepantsering. Metallurgie is nog steeds een belangrijk veld voor het leger, maar speelt ook een belangrijke rol in de auto-, computer-, luchtvaart- en bouwsector. Metallurgists werken vaak om metalen en metaallegeringen te ontwikkelen met de sterkte, duurzaamheid en thermische eigenschappen die nodig zijn voor een bepaalde toepassing.

Elektronische materialen

Elektronisch materiaal in de breedste zin van het woord is elk materiaal dat wordt gebruikt voor het maken van elektronische apparaten. Dit deelgebied van de materiaalwetenschap kan de studie van geleiders, isolatoren en halfgeleiders omvatten. De computer- en communicatievelden zijn sterk afhankelijk van specialisten in elektronisch materiaal en de vraag naar experts zal in de nabije toekomst sterk blijven. We zullen altijd op zoek zijn naar kleinere, snellere, betrouwbaardere elektronische apparaten en communicatiesystemen. Hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-energie zijn ook afhankelijk van elektronische materialen, en er is nog steeds aanzienlijke ruimte voor verbeteringen op dit vlak.

biomaterialen

Het veld van biomaterialen bestaat al tientallen jaren, maar het heeft zijn intrede gedaan in de eenentwintigste eeuw. De naam "biomateriaal" kan een beetje misleidend zijn, want het verwijst niet naar biologische materialen zoals kraakbeen of bot. In plaats daarvan verwijst het naar materialen die interageren met levende systemen. Biomaterialen kunnen plastic, keramiek, glas, metaal of composiet zijn, maar ze hebben een functie die verband houdt met medische behandeling of diagnose. Kunstmatige hartkleppen, contactlenzen en kunstmatige gewrichten zijn allemaal gemaakt van biomaterialen die zijn ontworpen om specifieke eigenschappen te hebben waardoor ze kunnen samenwerken met het menselijk lichaam. Kunstmatige weefsels, zenuwen en organen zijn tegenwoordig enkele van de opkomende onderzoeksgebieden.

College cursussen in materiaalkunde

Als je major bent in materiaalkunde en engineering, zul je waarschijnlijk wiskunde moeten studeren door differentiaalvergelijkingen, en het kerncurriculum voor een bachelor's degree zal waarschijnlijk klassen in natuurkunde, biologie en scheikunde omvatten. Andere cursussen zijn meer gespecialiseerd en kunnen onderwerpen als deze bevatten: