材料科学与工程(MSE) 方向与选择

coolistUID: 2593218

题目：方向与选择

题记：三年没发帖了，我在TAMU读了3年材料博士了。经历了酸甜苦辣，所以想法颇多。最近看了王忠林老师的视频，王老师说要多为后人铺路。我学渣一个，但是正好最近我觉得自己稍微弄清楚了一点点东西，就想和大家分享交流一下。文章主要针对博士。不是讨论找工作，而是讨论学术趋势。

动机：材料是个综合性学科。所以学生可以来自物理化学生物机械等等大部分工科理科专业。但是如果读者的本科是某一个小分支上的学生，比如说楼主本科就是材料加工专业，说简单点就是金属的铸锻焊，那你来到美国之后对于广阔无垠，令郎满目的各种科研方向，将会觉得置身于茫茫大海而找不到边际的感觉。同时，你在修课的时候，也会多次怀疑自己是不是太笨了。楼主由于在这个事情上被折磨了好久了，觉得还是得写一篇帖子来给大家讲讲这整件事应该怎么去理解和处理。

分门别类：在这里我先以我知道的观点去给大家划分一下大体上，材料科学与工程的研究分类。
1. 晶体材料（金属陶瓷等），一般是研究其微观组织与力学性能的关系。当然还有稳定性等等的方面。这个方向不是特别火了，现在学术界都喜欢搞纳米结构的力学。虽说不时也有一些nature science,但你看citation其实不高。但我个人觉得这个是治国安邦的根本。
2. 传统的半导体电子器件，这个方向一般是电子电气工程的学生才会选择的。由于纳米材料的炙手可热，还有微纳制造技术的成熟，外加石墨烯，拓扑绝缘体的各种噱头，给这个本来没啥新意的方向注入了一股新风，从业人员自然比晶体材料的人多一些。其实雷达，无线电通讯，电子计算机，信息储存都是靠这个方向，我也不好贸然贬低其重要性了。
3. 传统的高分子化学与生物方向。不懂，不评论。
4. 复合材料。不懂，不评论。
其实以上四个方向都很好理解，可能材料科学基础课上，老师们都说了无数遍了。但是你要只知道这些就去准备申请，找老师，我估计你还是找不到北。会被各种陌生的名词淹没。我也尽量避免在这里使用它们。以下，我就要提到一个不算新兴，但绝对占据大壁江山的综合方向。那就是：能源。DOE出手阔绰豪迈，年轻PI们无不踏破门槛。下面就来简单讲讲能源。

能源相关材料：这是一个综合方向，涉及了前面所提到以及没提到的各种方向。另一方面，从应用物理和应用化学的角度，比较火的有以下几类：1. 锂电池以及同类的能源存储设备（细分又有研究阳极阴极电解质等方向）。2. 固体氧化物燃料电池。3. 光催化光分解光合成（这是个深坑）。4. 能源转化以及生产：光伏，热电，压电，铁电，多铁（这些都是功能材料，大部分也都是半导体）。其实光伏和某些光催化过程的区别只是说一个是把光转化成电能储存在电池里，一个是把光转化成化学能储存在化合物里。不是做这个方向的朋友可以去搜搜perovskite solar cell，看看10年之后的文章的citation。两三版引用上万的文章。看得我瞠目结舌。

纳米方向：这是我们华人做的非常出色的方向。就像力学有两刚两健，纳米方向的Peidong Yang, Younan Xia, Zhonglin Wang，Yi Cui等等的老师都是华人的骄傲。其中杨老师最近还来我们学校讲了他的nanowire 激光，nanowire加细菌的光合成，还有nanowire的热电。杨老师的为人以及学术都是让我五体投地，巴不得跪着听完报告的。纳米方向，其实也主要是贡献于能源方向。当然还可以做器件，如激光放生器等等等等。

Sense：如果要培养sense，也不难。去把MIT, Stanford, Northwestern, UCSB的材料系老师们的简介，最好是CV和Google Scholar都看看，整理整理，思路也就出来了。因为一大半是能源，剩下的也可以很容易的分类到我提到过的方向。由于作者本身的知识有限，这篇文章会对以后从业于应用物理的同学们更有帮助。不过就算你是别的方向的学生，方法也是一样的。

转折与适应：如前面提到，楼主以前是材料加工的，但是来着美国，课程要求却基本要涉及到应用物理的基础，很头疼。高数挺重要，因为热力学，统计力学，动力学，量子力学上课肯定会要上到的，而且对数学的要求，不高但绝对不低。你如果四大力学烂熟于心，那自然是好事，只要选好了方向和老板，运气不要太差，人际关系处理OK，博士其实很轻松。四大力学不是全部都要求的，请读者量力而行。作者自己还有很多新生，都曾挣扎与量子力学和固体物理之中。Ashcroft&Merman买了那么久，还是基本和新书一样。Kittel倒是看了两次。但是无奈还是参透不了其中精妙。如果大家不想搞应用物理，而想搞比如传统晶体材料，应该多考虑机械系，而材料系，则要看清楚系里的老师配置以及课程安排，别日后后悔。当然了，四大力学好比内功，花点时间，个人觉得也是为以后铺路。

写得有点乱。希望大家包涵。也欢迎大家交流和提出宝贵的意见。问题也欢迎。

夜无眠UID: 3592027

感谢作者分享，写的很好。能不能请您再详细说说半导体电子材料方面呢？比如原位表征，做电镜的，还有用新材料做传统的半导体的。