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材料科学推动着当下科技飞速地发展,随着物质水平的不断迭代,人们越来越重视对新型材料的研发。立足于基础学科诸如物理、化学、生物以及应用学科诸如电子、机械或土木,材料学以其高度的学科交叉性和未来应用前景与企业界始终保持紧密联系。

什么是材料学?
材料科学推动着当下科技飞速地发展,随着物质水平的不断迭代,人们越来越重视对新型材料的研发。立足于基础学科诸如物理、化学、生物以及应用学科诸如电子、机械或土木,材料学以其高度的学科交叉性和未来应用前景与企业界始终保持紧密联系。传统材料中,钢铁、陶瓷、石油、化工等巨头产业始终对材料领域人才保持着广泛且稳定的需求,而随着能源与新材料行业的火热,国内外蓬勃发展的新能源产业、功能材料产业、环境材料产业等对相关研发人才的需求也都十分旺盛。

按照维基百科的定义,材料科学与工程涉及物质的性质及其在各个科学和工程学领域的整合应用,是一个研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的跨领域学科。可以说,材料学科的目的是利用材料学、物理学和化学为理论基础,并系统性学习相关实验技能,并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。因此与其他学科高度交叉,学科内容涉猎广泛。

材料科学基本分为四大类:金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。从这四大类中,根据不同的用途或性质可以进一步细分为导电材料、绝缘材料、绝热材料、高强度材料、生物材料、半导体材料、磁性材料、储能材料、催化材料等多个方向。简单来说,生活中任何的应用场景,从电脑芯片、飞机机翼到医用心脏支架,都和材料息息相关。
材料科学与工程申请概况
材料科学与工程专业通常在工程学院下,设置独立院系。但由于在物理系、化学系、生物系等传统院系设置中,通常都有材料相关的研究方向,在这种背景下,高校逐渐将这些材料方向研究独立出来,并入传统的材料科学与工程院系,使材料学真正成为了一门交叉学科。但也正因如此,在申请过程中,要注意有些高校并未很好的整合所有材料方向于独立的材料系中,例如在普林斯顿大学(Princeton University) 的Department of Chemical and Biological Engineering也有Complex Materials and Processing研究方向。所以在申请时,除材料系外,也需要查看其他院系有无感兴趣的材料相关研究分支,例如化学系、化工系等。一般情况下开设MS和PHD两种学位,而MS有时也分为coursework-based master's degree (MEng)和research-based master's degree (MS)。MS通常是两年,以授课为主,侧重学术,毕业后可以选择就业也可继续攻读PHD学位;而MEng则是一年至一年半,主要针对就业,更侧重于实践。

申请难度上,热门新兴材料的申请竞争激烈,例如高分子材料、能源材料、仿生材料。而由于材料科学是一个实验学科,偏理论方向如计算材料相比竞争较少,由于实验水平较为容易培养,具有丰富理论基础的同学往往更受欢迎。申请背景上限制较为宽松,本科除材料专业以外,物理系和化学系背景在其相关材料领域也很具有竞争力

学科前景上,传统材料例如金属材料,经过上百年发展行业已经非常成熟,在高校的材料研究中占比不大,与工业界联系紧密,就业方便。而新材料领域起步晚,发展迅速,例如高分子材料,国际范围投入资金物力巨大,待研究课题很多,科研成果层出不穷,然而由于有些材料过于超前,还未开始产业化,与工业界联系稍弱,就业竞争大,但回报率较高。总结来说,不同的材料细分领域需要不同对待,单独分析,并且结合毕业后个人规划(深耕学术还是就业)来综合决定。

就业方向上,金属材料领域可以在钢铁公司、冶金、机械、军工、航空航天、仪表等行业的公司;无机非金属材料除相关公司以外,也可以考虑建设单位、设计院、研究所、建筑施工及管理企业、质检机构;高分子材料方面,可以考虑研究所、设计院、日化公司、汽车、电子电气、航空航天等企业;而计算材料科学除了去相关企业做材料计算模拟,也可以考虑去大学任教继续从事理论方面研究。

美国院校概览
作为STEM强国,美国在材料学科研资源丰富度上有着绝对的世界领先地位。选校上,通常物理化学比较强的学校,材料学也非常厉害。例如位列US NEWS前位的麻省理工学院(MIT)、西北大学(Northwestern University)和斯坦福大学(Stanford University)。当然,排名不高的学校也不代表实力不佳,只可能是系比较小,比如普林斯顿大学(Princeton)。也有很多大牛蛰伏在看似普通的学校中,需要根据研究方向去单独讨论。

除此之外,美国的大型国家实验室也与材料科学有千丝万缕的关系,由于国家实验室大型科学仪器设备充足,这些国家实验室通常与紧邻的高校有密切科研合作关系,而附近高校的教授往往也同时在国家实验室兼职,对于材料系学生来说,也因此有机会接触到一流的实验设备,提升自己的技能和视野,并且在美国国家实验室的工作经历也是一笔宝贵的人生财富。
例如阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)与紧邻的芝加哥大学(University of Chicago),劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)与紧邻的加州大学伯克利分校(The University of California, Berkeley),布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)与紧邻的纽约州立大学石溪分校(State University of New York at Stony Brook),橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)与紧邻的田纳西大学(University of Tennessee)。这些高校和国家实验室有着丰富的科研资源,有些学校虽然综合排名不佳,但是却有着极其强大的国家实验室资源在背后支持,对于材料系的学生来说也是一种福利。


其他院校概览
新加坡在材料领域表现抢眼,新加坡南洋理工大学位列US News材料学科全球排行榜第一,而新加坡国立大学排名也非常靠前,其中能源材料、生物材料、功能材料和复合材料等比较突出。新加坡的电子、半导体行业 、机械工程、生物医药行业、船舶和海洋工程等都是支柱产业,材料专业的毕业生也可以进入相关行业领域从事设计、生产、制造、管理等工作。相关的企业有联华电子(UMC)、博士(BOSCH)、ST Engineering、惠普(hp)、格罗方德半导体(Global Foundries)等。

纵观欧洲,英国老牌名校剑桥大学(University of Cambridge)、牛津大学(University of Oxford)、伦敦帝国学院(Imperial College London)在材料领域依然业务过硬。瑞士两大名校苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)和洛桑联邦理工学院(EPFL)在理工科领域享誉全球,因此材料学科也十分值得关注。



选校建议
不要依赖排名来选校
专业排名给你的只是一个列表,没有专业人士为你指点迷津,很难看出个所以然。比如加州大学伯克利分校(The University of California, Berkeley)是美国最顶尖的公立大学,但是该校所在地的性侵案数量曾位于全美高校第二之位,各种偷窃抢劫案件频发。
除了安全问题以外,对于寻求PhD学习的同学,建议更应关注导师科研水平,例如在汤森路透集团发布的2000-2010年全球顶尖一百材料学家名人堂榜单里,前五位教授中有三位分别来自加州大学河滨分校(University of California, Riverside)、佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)、俄亥俄州立大学(Ohio State University)。这三所学校可能综合排名并没有十分靠前,因此不太引人注意,而在理工科某些领域水平却很高,藏龙卧虎。

地理位置比你想象中的重要
地理位置,它很大程度上决定了留学生的生活质量,以及发展线路。每个月1000美元的生活费在德州或许生活奔小康,但是在纽约或者波士顿,可能房租都不够付。德国等欧洲国家,虽然学费便宜,甚至免费,但是还要学习第二外语,能不能融入当地生活,考验就更大了。在加州或者温哥华这样的城市,想吃中餐可以说走就走,但是如果困在美国中部的大农村,在华人寥寥无几的北欧,那种异国他乡的乡愁就只能冷暖自知了。
除此之外,地理位置跟毕业发展息息相关。在加州读大学你能感受到硅谷的创业激情,在纽约读大学你能感受到华尔街的金融气息。 当然在北美大农村读书,也是一种沉下心学习的氛围。但是,每一个选择都决定了一种生活方式, 一定要三思而后行。



申请要求概述
硬性要求:英语能力+GPA
材料学在美国的体量通常较小,相比于物理化学系,申请难度大大增高。并且由于很多物理化学系背景的同学也会申请相应的材料方向,所以面临其他专业申请者的竞争。
一般来说,申请还是要强调自身业务能力过硬,作为理工科,GPA是比较重要的专业课衡量指标,但由于国内大学GPA评判标准参差不齐,托福GRE等英语水平就显得尤为重要。
再者,美国材料圈华人faculty比例相当大,一般来说国内的老师也跟北美材料的学术圈有紧密的合作联系,能拿到靠谱的推荐信为申请结果提升不少。除了推荐信,项目经历和研究经历,如果能在文书材料中适当地展示出申请者的学术潜力,本科期间发表在期刊科研论文,对材料实验项目的独立科研能力,各种材料表征仪器的操作掌握,对申请结果会有出其不意的效果。

软实力:背景提升与套辞
材料学申请中,通常硕士学位的套辞都不是十分有效,但是如果能利用科研合作或其他的学术交流机会接触到心仪的教授进行套辞,还是值得尝试的,也许会因此获得赏识,得到硕士期间奖学金。

如果本科期间有去美国交流的机会,可以多修课弥补国内课程设置的短板,刷高GPA,还有机会拿到内推,对申请结果是很大的提升。不管是申请硕士还是PhD,有合适的海外交流机会的话更是不要错过。如果有参加美国物理化学类竞赛、各类国际会议海报或口头报告经历、以及一些材料工程类比赛,也会让申请者增色不少

申请 PhD: 学校背景很重要
北美材料学PhD里中国学生的比例也相当高,大约在一半左右,而且负责招生的教授很多也是华人,他们对中国学校的情况非常了解,对名校背景非常看重。由于北美教授和国内高校有着广泛的科研合作,每年国内名校实验室导师都会直接推荐一批优秀学生去北美合作课题组,因此非名校背景的申请者非常吃亏。因为材料学比较注重理论与实践结合,名校背景往往意味着更扎实的基础知识,更多的实验室经历。如果不是名校背景的同学, GPA保持在3.5以上,也可以取得不错的申请结果。一般来说,申请硕士的GPA不能低于3.2,申请PhD不能低于3.5,再低就很难弥补了。相对来说GRE的成绩差不多就行,比如Verbal 150+,Quantitative170,aw 3.5。在美国读PhD一般要承担系里Teaching Assistant职务,如果口语水平较差,会影响授课能力,一般来说托福要考到100+,口语22+,才不会成为你的短板。先申请一个硕士作为后续申请PhD的跳板,是非名校背景的申请者常用的策略。 

提前规划比什么都重要
学校背景+推荐信+科研背景+实验能力+科研活动经历+GPA+托福/雅思/GRE……每一项都是压在申请者头上的大山, 没有合理的规划,很可能最后手忙脚乱,申请结果也不理想。 除了每一项都没有短板的的人,否则一定要提前规划。
当然,每个人的背景都不同:有的现在还在大二大三,有的已经在开始准备申请了,有的是跨专业申请,要如何规划才能最大程度地利用好自己的时间,出奇制胜?我们相信博世留学的留学咨询服务会助你一臂之力,为你挖掘闪光点,规划好宝贵的大学时光,尽可能地不走弯路,提升申请结果。

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