材料科学与工程专业介绍

材料科学与工程专业介绍2008年6月1日管学茂一、专业的演变与发展二、专业培养的目标和要求三、专业教学计划四、专业学习与选课五、学生成长的建议与要求提纲一、材料专业的演变与发展工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才：十七世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大促进了科技人才的培养和发展。在冶金/材料领域：Reaumur(1722)Hill(1748)在放大镜下观察出晶粒。Sorbit发现并描述了细珠光体。Young(1807)提出材料弹性模量概念。Barlow(1826)关于材料强度的测定。Tehernoff(1861)发表了钢临界点的实验报告。Wshery(1860-1870)关于拉伸、扭转、变曲应力的工作及得出的第一条S-N曲线，开辟了材料、组织与性能间关系的科学研究。一、材料学科的演变与发展－欧美国家大学中最早设立冶金系美国(1865)年建立第一批矿冶系MichigantechnologicalUniv.(后归Michigan大学)Columbia大学Carnigie-Mellon大学英国（1865-1870）大学开始设立矿冶系Sheffield大学侧重炼钢Birmingham大学侧重铸铁Empericalminingcollege学院侧重冶炼工艺一、材料学科的演变与发展－欧美国家20世纪40年代后非金属材料有了新的发展，1945年晶体管的出现，半导体材料异军突起。为适应新材料发展需要，1955-1956，Birmingham大学教授Raynor把该校原来的理论冶金系（物理冶金）与工业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金与材料系，同时，Cambridge大学教授Cottrell把该校冶金系改名材料与冶金系。欧洲大学首次明确设置材料系与相应的教学计划。一、材料学科的演变与发展－欧美国家20世纪前半叶，美国材料学科教育也主要在冶金系，以金属材料为主，二战后，在教学计划中加入了“广泛材料”基础理论及非金属材料课程。60至70年代，原设置冶金系的大学逐步将系名更改为材料系或冶金与材料系。80年代美国大学相应系多以材料科学与工程命名(MSE)。历史上看，材料系多由冶金系演进而来。60年代之后随着非金属材料发展化学化工系也部分转向材料。统计：英国著名大学牛津、剑桥、伯明翰大学均以冶金材料系命名。1985年统计美国90所设材料教学计划的系中有36所为冶金系或材料冶金系，有6所为化工与材料系。目前美国有104所大学设有从事材料学科的系，其中95个归属材料/冶金类，9个归属非金属的材料系。一、材料学科的演变与发展－欧美国家一、材料学科的演变与发展－中国中国的材料科学与工程教育起源于部分高校的采矿系、矿冶系，可以分为五个历史阶段：1949年以前：北洋西学学堂的矿冶学科（1895年创建），国立唐山工学院(1905)、东北大学(1912)、武汉大学(1913)、国立贵州大学(1941)。1946年，国立清华大学从西南联合大学回北京复校后，在工学院中又增设了化学工程系，把材料学科教育扩宽到非金属领域。材料教育主要是培养矿冶人才，突出特点是不划分专业，教学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容，是一种宽领域培养模式，许多材料界前辈专家就是在这种宽口径学科背景下培养出来的。一、材料学科的演变与发展－中国1949－1966年苏联模式1951年将大连大学(现大连理工大学)的冶金系调到东北工学院(现东北大学)，以加强其金属材料学的教学规模。1952年4月，以北洋大学(现天津大学)、唐山铁道学院(北方交通大学分部)、北京工业学院、国立西北工学院(现西北工业大学)、山西大学等五所院校的矿冶和材料系为基础创建了北京钢铁学院(现北京科技大学)，同年，将武汉大学、湖南大学、广西大学的矿冶工程系，中山大学地质系以及南昌大学的采矿科调整出来在长沙成立了中南矿冶学院(现中南工业大学)，新成立的北京航空航天学院(现北京航空航天大学)增设了高分子材料(含复合材料)等专业。我国的材料科学技术人才被分割在十几个专业内培养，分属于冶金、机械、化工等系一、材料学科的演变与发展－中国1978－1990初向欧美学习浙江大学率先设立材料科学与工程系；此后，北京科技大学、复旦大学、清华大学等重点院校相继设立材料科学与工程(或相近名称)系。改革的主要内容：在原设置专业基础上扩充内容，试办新专业，总体上体现了逐步打破原专业设置界限、加强专业间的渗透与联系的改革趋势20世纪90年代后期1997年至1999年，专业进行了第四次大规模修订由行业划分专业向以学科划分专业过渡。厚基础、宽专业、高素质、强能力，以适应市场需要。新的专业目录由504个减少到232个。本科新旧专业对照0713材料科学类(注:可授理学或工学学士学位)071301材料物理071302材料化学0802材料类080201冶金工程080202金属材料工程080204高分子材料与工程071301材料物理071302材料化学071303W矿物岩石材料080201钢铁冶金080202有色金属冶金080203冶金物理化学080213W冶金080205金属压力加工080209粉末冶金080210复合材料(部分)080211腐蚀与防护080303铸造(部分)080304塑性成形工艺及设备(部分)080305焊接工艺及设备(部分)080206无机非金属材料080207硅酸盐工程080208高分子材料与工程081215W高分子材料及化工(部分)080202无机非金属材料工程一、材料学科的演变与发展－中国本科引导性专业目录080205Y材料科学与工程080201冶金工程080202金属材料工程080203无机非金属材料工程080203高分子材料与工程一、材料学科的演变与发展－中国1994年在原采矿系开始筹建材料学科，并将采矿系更名为“资源与材料工程系”，1995年招收“无机非金属材料”和“硅酸盐工程”专科生，1996年招收“无机非金属材料”本科生，1998年设立“材料科学与工程”本科专业，并招生。2005年开始，材料科学与工程专业开设了无机非金属和高分子两个专业方向，并且从第四学年开始两个方向单独开课。目前在校本科生600多名，一、材料学科的演变与发展－河南理工大学专业特色先进建筑材料：研究水泥基材料、玻璃、陶瓷、耐火材料等材料的组成－结构－性能关系，研究固体废弃物在建筑材料中循环利用的材料科学理论及技术，研究建筑材料的环境服役行为与机理，为先进建筑材料的设计、制备提供科学根据；并为新型建筑材料的开发奠定理论依据。超硬材料：研究方向是在高温高压等极端条件下合成常态无法合成或难以合成的超硬材料、超硬复合材料和其他新型功能材料；纳米材料与器件：研究纳米粉体的制备、胶体颗粒的自组装、纳米材料的应用以及新型光电元器件的研究和开发。师资力量职称和学历结构：教师34人，其中教授7人，副教授16人，高级职称教师占67.6%，讲师11人，占32.3%，具有博士学位教学科研人员20人，占58.8%;年龄结构：35岁以下20人，36-45岁12人，46-55岁1人，56-60岁1人;学缘结构：美国、英国、日本，清华；武汉理工大学、华东理工大学、南京工业大学等Ⅱ-4-1先进建筑材料管学茂1965.09博士（后）教授/博导张义顺1951.05本科教授/博导张战营1958.08博士教授/博导戴亚辉1962.03博士教授马小娥1966.04硕士副教授杨雷1978.09博士副教授王雨利1976.07博士副教授姚嵘1966.03博士副教授朱建平1979.9博士副教授人员总数小计教授副教授45研究方向一先进建筑材料方向骨干教师Ⅱ-4-2超硬材料贾晓鹏1962.12博士教授/博导杨海滨1957.07博士教授/博导李小雷1969.10博士副教授藏传义1974.05博士副教授胡前库1978.09博士副教授孙广1977.03博士副教授邢学玲1978.09博士副教授吴庆华1978.09博士副教授人员总数小计教授副教授26研究方向二超硬材料方向骨干教师Ⅱ-4-3纳米材料及器件关荣峰1963.10博士教授孟哈日巴拉1968.10博士教授王晓冬1972.01博士副教授张玉德1976.07博士副教授王李波1979.04博士副教授人员总数小计教授副教授13研究方向三纳米材料及器件方向骨干教师材料科学与工程“四要素”1、“四要素”与结构三要素四要素等边四面体结构成分（组成）与结构合成与加工性质使用行为使用行为合成与加工二、专业培养的目标及要求材料科学与工程的定义（国际公认）是：研究有关材料成份/结构、制备/合成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。对材料四要素的认识和理解，要有动态的观念，材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次，即分子、原子尺度来阐释和控制。材料的结构与成分应更着重于包括分子、原子的类型及所观察尺度范围（纳米、介观、微观、宏观）内分子、原子的排列组合。使原子（原子团），分子可得到特定排列组合的合成与加工；由不同原子（原子团）、分子及其排列组合所得到的使材料具有值得研究和使用的性能；考虑经济和社会效益的材料使用服役实际条件及其有效性的度量。四要素是一个整体，内部有机联系是其核心与活力所在。（1）成分、组成与结构●从电子、原子尺度到宏观尺度成分与分布●结构无限变化导演材料复杂性能●成分与结构表征●分析与建模技术四要素”基本内涵（2）合成与加工所有尺度上原子、分子及分子团对结构的控制新结构转化为材料与结构的演化过程宏观操作引发的微观结构变化与“意外”现象四要素”基本内涵决定工业生产效率与竞争力（3）性质●材料对外界刺激的整体响应●各种尺度上的性能测试与分析●导向所需综合性能的设计四要素”基本内涵工艺性能变形性能：成形铸造性能：流动热处理性能：可硬切削性能全面性能高低温性能：蠕变、脆化动态性能：疲劳、断裂基本性能力学性能：强度、塑性物理性能：模量、磁性化学性能：腐蚀、氧化“四要素”基本内涵（4）使用行为●材料固有性质与构件功能、能力相结合●使用中材料固有性质变化、预测与改善●环境中固有性能变化与预测四要素”基本内涵材料科学与工程的纵向或横向分类方法陶瓷电子材料金属高分子材料材料科学与工程材料科学与工程使用/效能合成/加工组织/性能成分/结构培养目标本专业主要培养德、智、体全面发展,具备材料科学与工程领域较宽的基础知识,能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、新材料的技术开发、工厂的技术改造、生产及经营管理等方面工作,有较强的动手能力，适应社会主义市场经济发展的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术人才。社会对材料科学与工程人才的要求（1）素质结构要求思想道德素质：爱岗敬业，团结合作文化素质：人文社科知识，交际能力专业素质：专业知识，提出、解决问题的能力（2）能力结构要求获取知识的能力：应用知识的能力：创新能力：（3)知识结构要求工具性知识：外语、计算机及信息技术、文献检索、方法论、写作人文社科知识：文学、历史学、哲学、艺术、社会学、心理学自然科学知识：数学、物理、化学、生命科学、地球科学工程技术：工程制图、机械、电工电子、工程环境、工程原理经济管理：经济学、管理学专业知识：材料组成、性能、制备、应用的相互关系材料科学与工程对社会发展的影响材料不仅包括金属、陶瓷等传统的结构材料，而且在包括具有光、声、电、磁、力、超导、高塑，以及超强、超硬、耐高温等机能与性能的材料。此类新材料的出现，推进了高技术产品的智能化与微型化，从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。新材料与新能源，以及新材料与新能源中的高新技术的发展，正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。材料与能源是人类文明的奠基石。20世纪80年代出现的新技术革命,把新材料、信息技术、生物技术并列为新技术革命的重要标志。“新材料”包含着这样两个层面的含义：一是对传统材料的再开