材料科學與工程(Materials Science and Engineering)是一個多學科領域，涉及物質的性質及其在各個科學和工程領域的應用。它是研究材料的製備或加工工藝、材料的微觀結構與材料宏觀性能三者之間的相互關係的科學。涉及的理論包括固體物理學，材料化學，應用物理和化學，以及化學工程，機械工程，土木工程和電機工程。
與電子工程結合，則衍生出電子材料，與機械結合則衍生出結構材料，與生物學結合則衍生出生物材料等等。隨著近年來媒體將注意力大量集中在納米科學和納米技術上，材料科學在許多大學被推到了最前沿。它也是法醫工程和失效分析中的一個重要組成部分。
材料科學與工程的專業研究方向：
材料學專業的分支有很多，美國大部分有材料專業的學校都會有獨立的department，material science專業一般分布在美國大學文理學院下，material science and engineering一般分布在工程學院下。
材料專業有很多種方法進行分類，比如說：按物理化學屬性分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和複合材料，按用途分為電子材料、宇航材料、建築材料、能源材料、生物材料等。由於劃分方法不一致，以及中國國內材料專業設置與美國大學專業設置的差異，讓很多中國留學生達不到清晰認識美國材料專業，甚至產生誤解，針對這樣的情況，我跟在美國就讀的材料專業的學生交流，以及結合美國材料工程這門課程的介紹。
總結出如下材料學的分支方向
1、金屬材料 Metallic Materials
金屬材料是最傳統的材料，如鋼鐵材料、非晶態合金、結構金屬材料、功能金屬，它們的微觀結構對材料力學和物理性能影響，合金中不同成分比例對材料硬度、韌性、拉伸強度的影響。現在對於金屬材料的研究多與納米材料以及複合材料相結合。注意：國內冶金材料專業的學生比較適合學習金屬材料方向或材料加工方向，但是材料加工方向的設置相對較少。
金屬材料工程是一門實用性很強的專業，主要培養從事先進金屬材料的設計、計算機模擬和結構性能預測，先進金屬材料、傳統金屬材料和裝飾材料的加工和處理，材料設計軟體優化、材料製備加工工藝和性能綜合優化，材料表面強化、功能化、複合化及其服役行為和環境效應，包括失效分析、壽命評估、材料自身的防護和環境保護以及失效後的回收再利用等方面高級工程技術人才。本專業培養方向較多，有金屬材料與表面工程、腐蝕與防護、焊接工藝及設備、裝飾材料與裝飾工程、材料設計與計算機模擬等。
2、無機非金屬材料 Ceramic Materials
無機非金屬材料是三大基礎材料之一，包括結構陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷，耐火材料、玻璃、水泥等。這幾年無機非金屬材料要比金屬材料發展迅速，尤其是陶瓷方面競爭比較激烈。研究內容主要包括固體電解質材料的製備，結構和性能研究；結構陶瓷的製備，組織結構和性能的研究；磁性材料、電性材料、壓電陶瓷、半導體陶瓷等功能材料的製備和研究；古陶瓷和日用陶瓷的研究和開發。高溫陶瓷、耐火材料的製備和開發等。
3、高分子材料 Polymer Materials
高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料，包括橡膠、塑料、纖維、塗料、膠粘劑和高分子基複合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。高分子材料按來源分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。現代，高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料相同，成為科學技術、經濟建設中的重要材料。高分子材料是當今世界發展最迅速的產業之一，高分子材料已廣泛應用到電子信息、生物醫藥、航天航空、汽車工業、包裝、建築等各個領域。研究內容包括活性聚合、新材料的合成與開發、聚合物結構與性能、反應性加工、先進複合材料及應用、超細材料及納米材料、生物材料、新型功能材料、化學建材和化學纖維等。
近些年高分子材料發展迅速應用到生活中的各個領域，高分子材料發展時間不長，研究成果多，申請難度比較大，專業的回報率還是比較高的。高分子材料的應用十分廣泛，比方說輪胎、液晶電視、甚至防彈衣、太空梭上都能用到高分子材料。值得注意的是：化學工程專業下也有高分子方向，化學背景的學生有相關的課程背景也是可以申請材料專業下高分子方向的。
4、複合材料Composite materials
複合材料，是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使複合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。複合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化矽纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。
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