MIT 材料科学与工程专业研究领域
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材料科学与工程专业的研究领域：
一、COMPUTING AND DATA SCIENCE（计算与数据科学）
MIT材料科学与工程系的研究人员正在设计下一代硬件和半导体技术，并利用计算和数据驱动的方法来加速材料的发现。
Revolutionizing Technology （技术革新）
材料科学和工程支撑着我们现代计算和电信基础设施的各个方面，并将使未来的基础设施成为可能。一些例子：材料科学与工程系的研究人员使用人工智能技术构建了免费且易于使用的工具，绕过了传统的材料发现的试错方法，使科学家能够以更快的速度识别新材料。一种新型的“超透镜”可以在不倾斜或移动的情况下改变焦点，这可能使智能手机或夜视镜的微型变焦镜头成为可能。新的自组装三维结构可能会引领微芯片生产的途径，比以往任何时候都更快、更便宜。Advancing Computing Materials（高级计算材料）
材料科学与工程系的研究人员在这个多样化的领域做了大量的工作。一些专注于设备制造，设计下一代硬件组件和电子设备。其他人是计算和设计方面的专家，在原子水平上进行原子模拟来模拟材料。用于计算和数据科学的材料包括半导体(微芯片的必需品)和金属(用于导线、磁铁和涂层)。软物质也在这里得到了应用:材料科学与工程系的研究人员正在试验一种新的聚合物，这种聚合物可以有效地将来自生物组织的信号转换为晶体管中使用的电子信号，这可能会导致更好的可穿戴设备。
二、ENERGY AND THE ENVIRONMENT（能源和环境）
材料科学与工程系的研究人员正在通过制造更好的电池和燃料电池，开发研究材料对环境影响的分析模型，以及使用环保方法制造水泥等建筑材料来应对气候变化。
Building a Greener World（建设一个更为绿色的世界）
许多重大的气候和可持续性挑战都深深依赖于材料——材料科学与工程系的研究人员致力于以开创性的研究来面对这些挑战。例如，材料科学与工程系开发的新型电网级电池可以在阴天和空气中没有微风的时候储存太阳能或风能。一种新发现的半导体家族可以提高太阳能电池的效率。材料科学与工程系的研究人员还致力于清理水泥的生产——世界上温室气体排放的主要来源之一——并将制造过程中产生的工业废料转化为可用于建造新建筑的材料。
Sustainable Materials Innovation（可持续材料创新）
材料科学与工程系的研究人员正在利用他们的行业工具应对气候变化。他们正在使用金属和陶瓷来制造更好、更安全的电池系统和燃料电池。他们正在开发其他材料，如石墨烯，一种半金属，用于水过滤和化学分离。他们正在使用半导体进行能量转换，并将能量传输到电网。
做可持续发展研究的方法不止一种。材料科学与工程系的研究人员希望通过计算和设计来开发分析模型，用于研究材料对环境的影响，用于储能的新材料的合成和加工，以及更环保的微芯片的设备制造。
三、HEALTH AND MEDICINE（健康和医药）
材料科学与工程系在健康和医学方面的研究具有无限的创造性，从检测疾病的诊断设备到可以模仿人体组织反应的材料。
Pioneering Improvements in Health Outcomes（健康成果的开创性改善）
材料科学与工程系的研究人员在将材料科学和工程应用于人体方面处于领先地位。他们制造了一种诊断设备，使用核磁共振来检测脂肪肝疾病。该工具可以帮助医生在病情发展为肝功能衰竭之前发现疾病。研究人员还开发出了可以拉伸超过其尺寸1000%的人造肌肉，可以用于重量更轻的假肢。它们可以通过注射微小颗粒来诱导人体神经细胞的机械刺激。这使科学离生物电子医学又近了一步，生物电子医学可以在没有药物或电极的情况下刺激身体的单个器官或部分。
Materials and Methods for Medical Advancement（让医学进步的材料和方法）
材料科学与工程系的研究人员在健康和科学方面的创造力是无限的。他们使用的一类重要材料是软质材料——例如，用于向大脑输送药物的纤维聚合物，或用于医疗设备的模塑阀门。材料科学与工程系的研究人员使用合成和加工技术来制造材料，这些材料可以模拟人体组织的反应，诊断疾病，或帮助治愈和修复器官。他们还制造了设备——可以测量病变组织中氧气水平的传感器，或者可以植入膀胱并缓慢释放药物来治疗膀胱疾病的硅胶管。
四、MANUFACTURING（制造）
材料科学与工程系的研究包括更好的制造工艺，更有效地利用材料，减少浪费，新产品开发，以及改进的增材制造工艺。
New Materials, New Products（新材料、新产品）
材料科学和工程通过在工业规模上发现能量、物质和时间之间的关系来支持制造业。这些关系影响成品或半成品的生产率和质量，以及它们的成本和对环境的影响。
在材料科学与工程系，研究人员正在探索热带土壤的钾肥。他们开发了一种新的可编程纤维，可以把衣服变成可穿戴的电脑。为了制造出更坚固、更抗损伤的金属，他们研究了剃须这一简单的行为，以确定在剪掉柔软的头发后，坚硬的钢是如何迅速变钝的。通过考古研究来检查过去，研究人员可以发现洞察力，为未来的制造决策提供信息。
Materials for the Making（制作材料）
利用表征技术来研究不同材料的特性和行为——从金属到陶瓷再到半导体——材料科学与工程系的研究人员设计出具有特定特性的材料，并为一系列应用量身定制。这些知识也使他们能够开发更好的制造工艺，更有效地使用材料，减少浪费，提高产品性能。例如，研究人员也在使用计算机来设计更好的钢合金，并改进增材制造或3d打印。
五、TRANSPORTATION AND INFRASTRUCTURE（交通和基础设施）
用于制造更轻、更耐用的汽车部件的坚固金属合金、用于飞机的电池，以及从工业废料中提取建筑材料，这些都只是材料科学与工程系在交通和基础设施方面的一些创新。
Building the Future（未来建设）
公路、铁路、飞机和建筑物都是由复杂的材料制成的，它们的关键需求与气候、重量、成本和其他因素有关。材料科学与工程系的研究正在为更坚固的金属合金奠定基础，这些合金可用于制造更轻、更耐用的飞机或汽车部件。它正在探索新型形状记忆材料的潜力，这种材料可以通过加热从一种形状转变为另一种形状，用于引导飞机发动机内的气流。为电动飞机开发电池的项目正在进行中，这是消除航空旅行温室气体排放的一步。
Materials Research Drives Progress（材料研究推动进步）
材料科学与工程系的研究人员在交通和基础设施方面做出了不可磨灭的贡献。在计算机的帮助下，人们正在设计更坚固的钢材——这是麻省理工学院开创的一个领域，叫做计算材料设计。研究人员发明了一种创新的合成方法，可以制造不排放温室气体的水泥。还有一些人正在探索用工业废料制造其他建筑材料的方法。
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再来看看材料与研究类型
材料：
一、ARCHAEOLOGICAL MATERIALS（考古材料）
Unearthing the Past, Informing the Present（挖掘过去，告知现在）
材料是人类体验的核心，对人们如何驾驭现在和设计未来至关重要。材料也是人类共同的过去的记录，这是考古学的重点。考古材料研究人员应用材料科学工具和技术来解开过去。他们使用显微镜、x射线衍射和其他先进技术来了解陶器、珠宝、石头和金属工具、壁画和纪念碑等考古材料的组成和结构。他们使用相同的分析技术来研究古老的有机材料，如植物、动物和土壤。研究结果有助于揭示过去人们操纵物质的方式，以及他们的自然和文化环境如何影响技术和材料的选择。这些见解也有助于为未来的新材料和新技术的发展提供信息，同时加深对过去的理解。
Archaeological Materials Research at DMSE（材料科学与工程系考古材料研究）
材料科学与工程系在使用材料科学技术进行考古材料研究方面有着悠久的历史。例如，研究人员研究了古代美洲的材料加工技术，使用电子显微镜分析古代陶瓷和金属的成分和微观结构。他们将冶金分析和人种学研究结合起来，阐明了古印加人生产铜和金的合金tumbaga的技术。材料科学与工程系的考古团队也研究玻璃、陶瓷和其他古代文明使用的材料。
二、CERAMICS（陶瓷）
More than Dishes and Plates（不仅是碟子和盘子之类）
陶瓷是一类无机材料，是通过加热然后冷却粘土或矿物化合物制成的。传统的陶器——用粘土等泥土材料制成的花瓶、器皿和小雕像——是陶瓷的最早形式，也是人类最古老的技术之一。
陶瓷通常很硬，耐腐蚀，耐高温。砖、瓦和玻璃都是陶瓷的例子。现代先进的陶瓷是通过化学合成等专门制造过程形成的，并用于电子产品，包括激光和太阳能电池、光纤、电池以及滑雪板和网球拍等体育用品。
Ceramics Research at DMSE（材料科学与工程系陶瓷研究）
陶瓷在材料科学和工程中有着广泛的应用。在材料科学与工程系，研究人员正在开发具有特定电性能的陶瓷，用于电子设备，如电路中的传感器或电容器。他们还在开发用作能源材料的陶瓷。因为它们是高熔点的坚硬材料，所以它们是在高温环境下运行的部件的良好候选者，比如燃气轮机或燃料电池。研究人员也在探索陶瓷作为结构材料，或研究其机械性能的材料。应用包括飞机部件和生物医学植入物。
三、METALS（金属）
Metal Matters（金属材料）
几个世纪以来，金属一直是材料科学的重要组成部分。由于其独特的性能组合，如强度和导电性，它们被广泛应用于从航空航天到电子到建筑等行业。材料科学家和工程师研究金属是为了更好地了解它们的特性和行为，并开发出更坚固、更耐用、更高效的新材料。
研究金属的另一个原因是它们的回收和可持续性潜力。金属可以从废物流中回收再利用，减少对新材料的需求，减少生产对环境的影响。
Metals Research at DMSE（材料科学与工程系金属研究）
材料科学与工程系最初是冶金和采矿系，培养的毕业生在矿石精炼和钢铁生产方面的工作导致了19世纪工业和运输业的扩张。今天，材料科学与工程系的金属研究重点是开发更强的合金，更有效的制造方法，以及对环境危害更小的精炼技术。
为了实现这些目标，材料科学与工程系的研究人员正在使用先进的计算方法来设计和预测新金属在生产前的性能，从而开发出具有特定应用定制性能的合金。
四、SEMICONDUCTORS（半导体）
Catalysts of Modern Innovation（现代创新的催化剂）
半导体是在某些情况下导电而在其它情况下不导电的材料，可以对电和光进行特殊的控制。
众所周知，半导体为现代电子和计算提供了动力——它们被用来制造半导体设备，电子电路元件，这些元件依赖于半导体的独特特性来运行。它们也构成了现代照明、电信和传感技术的基础。半导体材料的例子包括锑、锗、砷化镓、硅和碲。
Semiconductor Research at DMSE（材料科学与工程系的半导体研究）
材料科学与工程系的工作范围从研究半导体特性到用于计算、照明技术和光学传感的新材料。材料科学与工程系的研究人员开发了使硅加工更清洁、更便宜的方法，为许多芯片技术铺平了道路。他们制造了被称为“应变硅”的高速电路，如今许多电子设备都使用这种电路。
研究人员正在对“二维”材料进行开创性的研究，这种材料只有一个原子那么薄，可以更快、更精确地控制电子设备中的电流。展望新一代电子学，研究人员正在探索可以将生物组织信号转换为电子晶体管信号的有机材料。
五、SOFT MATTER（软物质）
Hard Science for Squishy Stuff（软绵绵的硬科学）
软物质指的是各种各样的材料，如聚合物、凝胶和泡沫。使这些材料与众不同的是，它们可以很容易地成型、成形或改变，而不需要高温或复杂的工艺。与金属或陶瓷不同，软物质由更大的积木组成，这赋予了它独特的化学和物理特性。软物质材料可用于广泛的应用，从食品到药品。
软物质研究包括使用显微镜、分光镜和计算机模拟等工具来研究这些材料的复杂行为，以及开发具有定制特性的新材料。
Soft Matter Research at DMSE（材料科学与工程系的软物质研究）
材料科学与工程系在软物质方面的工作是跨学科的，涉及物理，化学和生物学的实验和理论技术，以研究材料的行为并开发用于储能和电子设备等应用的新材料。研究人员使用x射线衍射和光谱学来探测软物质材料的结构和性质。合成方法包括自组装设计构建块，这些构建块在没有人为干预的情况下自行排列成结构和模式。DMSE研究人员正在探索自组装的应用潜力，如微电子设备功能的有效组装和靶向药物输送。
综上所述，除了考古材料之外，其它各方向的人都挺多。机会多多，各位加油！
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材料与研究类型一、COMPUTATION AND DESIGN（计算和设计）
Speeding Up Materials Discovery（加速材料的发现）
在材料科学和工程中，计算和设计涉及到使用计算工具和方法来更快、更有效地设计新材料。研究人员使用计算机模拟材料的性能，如强度、导电性和导热性，以了解材料在不同条件下的表现，并可以为具有特定性能的新材料的设计提供信息。
计算机辅助设计等计算方法和工具用于创建新材料的虚拟模型和算法，以找到应用程序中材料属性的最佳组合。还可以结合机器学习和人工智能技术来加速新材料的发现。
Computation and Design at DMSE（材料科学与工程系的计算与设计）
材料科学与工程系的材料科学家和工程师正在使用数学模型和模拟来了解材料的结构和组成如何影响它们的性能——它们如何导电、与光相互作用，以及在高温等极端条件下的行为。他们利用这些知识来设计和创造具有改进性能的新材料。材料科学与工程系的研究人员还在开发算法，可以分析大量数据，以确定各种应用的新材料，从电子到能源存储等。
二、CHARACTERIZATION（表征）
Critical to Materials Science（材料科学的关键）
材料科学与工程中的表征涉及分析和理解肉眼可见和不可见尺度上的材料特性。表征技术用于获取有关材料的化学、物理、机械和电性能的信息，这对于理解材料的行为和开发具有特定性能的新材料至关重要。
材料表征涉及到显微镜等技术，例如使用显微镜在微观和原子尺度上观察材料，以及光谱学，通过测量物质与光的相互作用来分析物质。表征用于识别原材料的性能，在加工和制造过程中监控材料的质量，并在各种应用中评估材料的性能。
Characterization at DMSE（材料科学与工程系的表征）
显微镜在材料科学与工程系的表征科学中起着重要的作用，尤其是扫描电子显微镜，在扫描电子显微镜中，材料样品的表面被电子束扫描。DMSE研究人员使用一种称为扫描透射电子显微镜的先进技术来揭示一系列材料的结构，化学和功能。他们还利用机器学习开发了一种自动驾驶显微镜，可以比人类更快地收集数据。材料科学与工程系团队使用其他技术，包括光谱学来研究材料的化学和分子特性，X射线衍射来确定材料的组成和晶体结构，以及它们组成中原子的有序排列。
三、DEVICE FABRICATION（设备制造）
Putting it All Together（把它们全都放在一起）
在材料科学和工程中，器件制造是将离散材料组装成功能形式的过程。材料科学家和工程师制造的设备，如电子或光学设备，具有定制的特性，可用于一系列应用，包括信息技术，可再生能源和医疗。
设备制造所涉及的步骤可以根据正在开发的设备类型和使用的材料而变化。例如，太阳能电池的制造工艺可涉及将光伏材料薄膜分层到表面上;生产半导体器件可能涉及使用光刻技术来蚀刻硅片。
Device Fabrication at DMSE（材料科学与工程系的设备制造）
材料科学与工程系的研究人员制造了各种各样的设备。他们正在开发新的材料和工艺，以制造更高效的太阳能电池和储存能量的设备，如太阳能电池和电池。研究团队正在组装二极管和晶体管等电子元件，包括一种可编织成织物的纤维形式的可充电电池。在健康和医学领域，他们正在用聚合物和复合材料制成纤维，可以将药物输送到大脑。
四、SYNTHESIS AND PROCESSING（合成与加工）
Making Better Materials Better（制造更好的材料）
材料科学和工程中的合成是通过将不同的元素或化合物组合在一起创造新材料的过程。这可以通过化学反应等方法来完成，也可以通过沉积等物理方法来完成，将薄层材料沉积在表面上，并可以产生具有独特性能和特征的材料。
加工是指用于操纵和转换材料到所需的形式或形状的技术。这可以包括熔化、铸造、挤压或加工，并可用于改变材料的微观结构和性能。
Synthesis and Processing at DMSE（材料科学和工程系合的成与加工）
材料科学和工程系的研究人员和工程师正在开发新材料，从聚合物到金属再到半导体材料，这些材料具有强度和抗损伤性等特性。他们使用化学气相沉积，利用气相中的物质生成固体材料;从分子生产固体的溶胶-凝胶法;还有自组装，原子、分子或粒子自行排列成有序的结构。在材料加工方面，研究团队正在开发新的、环保的金属加工技术，例如，优化增材制造或3d打印，以提高打印部件的质量和性能。
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来源：MIT工程学院材料科学与工程系
