Qu'est-ce que la science des matériaux?

La science des matériaux est un domaine STEM multidisciplinaire qui implique la création et la fabrication de nouveaux matériaux aux propriétés spécifiques souhaitées. La science des matériaux se situe à la frontière entre l'ingénierie et les sciences naturelles, et pour cette raison, le domaine est souvent étiqueté avec les deux termes: «science des matériaux et ingénierie».

Le développement et l'essai de nouveaux matériaux s'appuient sur de nombreux domaines, notamment la chimie, la physique, la biologie, les mathématiques, le génie mécanique et le génie électrique.

Points clés: Science des matériaux

• La science des matériaux est un vaste domaine interdisciplinaire axé sur la création de matériaux ayant des propriétés spécifiques.
• Les spécialisations dans le domaine comprennent les plastiques, la céramique, les métaux, les matériaux électriques ou les biomatériaux.
• Un programme typique de science des matériaux met l'accent sur les mathématiques, la chimie et la physique.

Spécialisations en science des matériaux

Le verre de l'écran de votre téléphone portable, les semi-conducteurs utilisés pour générer de l'énergie solaire, les plastiques absorbant les chocs d'un casque de football et les alliages métalliques dans le cadre de votre vélo sont tous les produits des scientifiques des matériaux. Certains scientifiques des matériaux travaillent à l'extrémité scientifique du spectre lorsqu'ils conçoivent et contrôlent les réactions chimiques pour créer de nouveaux matériaux. D'autres travaillent beaucoup plus sur le côté de la science appliquée et de l'ingénierie du domaine car ils testent les matériaux pour des applications spécifiques, développent des méthodes pour produire de nouveaux matériaux et adaptent les propriétés des matériaux aux spécifications requises pour un produit..

Parce que le domaine est si large, les collèges et universités décomposent généralement le domaine en plusieurs sous-domaines.

Céramique et verre

L'ingénierie de la céramique et du verre est sans doute l'un des plus anciens domaines scientifiques, car les premiers récipients en céramique ont été créés il y a environ 12 000 ans. Alors que les objets du quotidien tels que la vaisselle, les toilettes, les éviers et les fenêtres font toujours partie du domaine, de nombreuses applications de haute technologie ont vu le jour au cours des dernières décennies. Le développement de Gorilla Glass par Corning, le verre à haute résistance et durable utilisé pour presque tous les écrans tactiles, a révolutionné de nombreux domaines technologiques. Les céramiques à haute résistance telles que le carbure de silicium et le carbure de bore ont de nombreuses utilisations industrielles et militaires, et les matériaux réfractaires sont utilisés partout où des températures élevées sont en jeu, des réacteurs nucléaires au blindage thermique des engins spatiaux. Sur le plan médical, la durabilité et la résistance de la céramique en ont fait un élément central de nombreux remplacements articulaires.

Les polymères

Les scientifiques spécialisés dans les polymères travaillent principalement avec des plastiques et des élastomères, des matériaux relativement légers et souvent flexibles qui sont constitués de molécules à longue chaîne. Des bouteilles en plastique aux pneus de voiture en passant par les gilets pare-balles en Kevlar, les polymères jouent un rôle profond dans notre monde. Les étudiants qui étudient les polymères auront besoin de solides compétences en chimie organique. Sur le lieu de travail, les scientifiques travaillent à créer des plastiques qui ont la résistance, la flexibilité, la dureté, les propriétés thermiques et même les caractéristiques optiques nécessaires pour une application donnée. Certains défis actuels dans le domaine comprennent le développement de plastiques qui se décomposeront dans l'environnement et la création de plastiques personnalisés pour une utilisation dans des procédures médicales vitales..

Les métaux

La science métallurgique a une longue histoire. Le cuivre est utilisé par l'homme depuis plus de 10 000 ans, et le fer beaucoup plus fort remonte à plus de 3 000 ans. En effet, les progrès de la métallurgie peuvent être liés à l'essor et à la chute des civilisations grâce à leurs utilisations dans les armes et les armures. La métallurgie est toujours un domaine important pour l'armée, mais elle a également un rôle important dans les industries de l'automobile, de l'informatique, de l'aéronautique et de la construction. Les métallurgistes travaillent souvent pour développer des métaux et alliages métalliques ayant la résistance, la durabilité et les propriétés thermiques requises pour une application donnée.

Matériaux électroniques

Les matériaux électroniques, au sens large, sont tous les matériaux utilisés pour créer des appareils électroniques. Ce sous-domaine de la science des matériaux peut impliquer l'étude des conducteurs, des isolateurs et des semi-conducteurs. Les domaines de l'informatique et de la communication dépendent fortement de spécialistes des matériaux électroniques et la demande d'experts restera forte dans un avenir prévisible. Nous chercherons toujours des appareils électroniques et des systèmes de communication plus petits, plus rapides et plus fiables. Les sources d'énergie renouvelable telles que l'énergie solaire dépendent également de matériaux électroniques, et il y a encore beaucoup de progrès en matière d'efficacité sur ce front.

Biomatériaux

Le domaine des biomatériaux existe depuis des décennies, mais il a pris son envol au XXIe siècle. Le nom "biomatériau" peut être un peu trompeur, car il ne fait pas référence à des matières biologiques telles que le cartilage ou l'os. Au lieu de cela, il se réfère à des matériaux qui interagissent avec les systèmes vivants. Les biomatériaux peuvent être en plastique, en céramique, en verre, en métal ou en composite, mais ils remplissent une fonction liée au traitement médical ou au diagnostic. Les valves cardiaques artificielles, les lentilles de contact et les articulations artificielles sont toutes faites de biomatériaux conçus pour avoir des propriétés spécifiques qui leur permettent de travailler en conjonction avec le corps humain. Les tissus artificiels, les nerfs et les organes sont aujourd'hui parmi les nouveaux domaines de recherche.

Cours de niveau collégial en science des matériaux

Si vous vous spécialisez en science et en génie des matériaux, vous devrez probablement étudier les mathématiques par le biais d'équations différentielles, et le programme de base pour un baccalauréat comprendra probablement des cours de physique, de biologie et de chimie. D'autres cours seront plus spécialisés et pourraient inclure des sujets tels que ceux-ci: