材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替

材料,是人類社會的物質生產資料基礎。萬物離不開材料,那麼什麼是材料科學?

材料科學是研究材料結構和性能的一門學科,它是由物理、化學、數學為基礎,以實際需求為推動力,形成的一門工科類專業。材料科學所研究的內容,簡單概括,可以歸納為下面的結構圖:

材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替

材料科學四要素

從實際需求出發,研究材料成分、組織結構、性能、工藝之間的關係。材料主要分三大塊:金屬材料、無機非金屬材料(陶瓷)以及高分子聚合物材料。

首先說說金屬材料,金屬材料其實從咱們春秋戰國開始,就進入了人們的視野裡了,那時大家都喜歡玩青銅器件,其實青銅是指錫青銅,主要是錫元素和銅元素的混合金屬,也就是有色合金材料。鐘鳴鼎食短短四字,就道出了當時王謝堂前的喧囂與熱鬧。其實,在我國許多朝代,金屬材料屬於國家專屬經營,鹽鐵一詞也由此而來。金屬材料在冷兵器時代,往往象徵著整個國家的富強。多年前出土的夫差劍可以說是當時金屬冶煉的巔峰,表面鍍鉻處理,讓其歷經千年完好如初,體現了古時匠人的高超冶金水平。但是,由於青銅器件本身極易被腐蝕氧化,而且材質軟,因此不適合大規模戰場交鋒,後來隨著冶煉技術的發展,人們進入了鐵器時代。


材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替


材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替

其實,我們可以說,到目前為止,我們仍處在鐵器時代,鋼鐵其實就是鐵與碳在火間共舞,構造出了我們如今的物質世界基礎。鋼鐵的出現,讓人類的生產工具實現了一個躍遷式的發展。我們可以很容易找到國外上世紀無論六十年代,針對鋼鐵材料大量的學術性研究成果,但是神奇的是,你很難找到上世紀五六十年代後,國外在這方面的科研成果,原因是,上世紀五六十年代後,國外針對鋼鐵材料進行了技術封鎖,並非在這一領域,沒有突破新的科研成果,而是這些科研成果絕大部分都轉化成了真金白銀,因此出於成果保護的考慮,這些研究成果並不會對外公開。

材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替

我們都知道,我國如今鋼產量全球領先,甚至出現了鋼產量過剩的情況,但是,現實是,對於國外高性能牌號的金屬材料,我們還存在很大的距離。比如,針對核電系統,內部大量的結構件的材料目前還只能依賴進口。當然,國家也在著力解決這樣的問題。

接下來,我們簡單說說非金屬材料。

陶瓷材料並非我們常規理解的家裡裝修用的陶瓷瓷磚。陶瓷材料包括各種金屬氧化物。這一類材料主要用於電子信息材料和器件方面。比如我們日常使用的手機內部,就存在各種各樣的陶瓷材料。而現在,更多地稱這些材料是功能材料。功能材料主要利用材料本身的光聲熱電磁等特性,滿足實際的使用要求。例如,芯片就是一種功能材料集成體系的器件,內部包括二氧化硅基底、包括各種晶體管、濾波器、射頻器等等。

材料科學前世今生——落寞與喧囂的交替

而陶瓷材料的前沿,主要結合各種傳感器、結合各種電子領域的研發,進行不斷地推陳出新。

當然,陶瓷材料除了功能性陶瓷材料,還有一大類,就是結構性陶瓷材料。例如SiN、BN、Al2O3等。這一類結構性陶瓷材料,主要是滿足一些特定服役工況而誕生的。例如航空航天、核電、深海探測等。結構和功能性兩大類陶瓷構成了如今陶瓷材料的主體。

最後,就是高分子材料。傳統的高分子材料包括:橡膠、塑料和纖維。其實,高分子材料構成了我們生活,我們身上穿的衣服,吃的食物,都是高分子材料。而高分子材料也在逐漸進步,目前高分子材料結合生命科學,出現了生物高分子材料,主要對醫學、生命科學進行相應的理論研究。

我們在初中高中,都聽到過這樣一句話:未來,是材料的世紀。這句話讓一部分人走上了材料科學這條路,但是,多年後的今天,我們發現,材料科學被人笑稱為“四大天坑”專業。原因是,材料科學學習難度高,但是就業往往面向工廠和生產,工作環境差,工資待遇低,這也讓當年進入這門學科的人大呼後悔。

這確實是如今材料科學發展的現實。究其原因,還是因為我們目前高校和產業界脫鉤,高校研究的前沿性成果並不能夠很好地落地。這也說明,我們目前,還處於社會主義初級階段了,對於高附加值的材料研發和成果並不能夠很好的吸收和包容。戲稱就是我們現在還很窮。

研發一種新材料,投入的研發成本是巨大的,而這種研發成本,目前國內很難有企業能夠承擔,因此,我們更習慣去買已有的成熟的進口材料,這也就導致,材料行業對於中低端的研發人員需求並不是那麼旺盛。市場決定了你的價值,你就很難拿到太好的工資。

就我本人而言,本科學的是機械,碩士進一步做摩擦磨損(材料一個分支)方向,碩士畢業,找過一些工作,工資待遇也就在15萬/年左右,很難達到計算機行業20萬/年的碩士起薪水平(北上廣,當然,非北上廣深杭,計算機和材料碩士的待遇差距其實並不大,普遍在10-15萬/年)。現在,博士期間做的是電子信息材料(陰差陽錯轉換方向),根據同組已畢業的前輩待遇來看,大部分還都不錯,進企業的能拿到30-50萬/年,進高校當老師的那就另說了。

我們都知道,材料很重要,但是如今的市場給出了材料的價值就只值這麼多,那麼你要麼選擇轉行要麼選擇堅持。材料科學熱門過,前些年資本炒作了一番3D打印,讓一批人賺的盆滿缽滿,其實,3D打印的概念和機器學習一樣,都誕生於上個世紀。再前些年,汽車行業紅紅火火,帶動了模具行業的蓬勃發展,讓許多青年人投入到了模具開發的大坑中,那些年,模具開發的高薪和如今的計算機有些雷同。這個行業曾經風光過,其實就是資本在背後進行著炒作。如今,資本已經離場,材料迴歸了無人問津。

翻看國內重大研發項目,十項中有一多半都和材料相關,可見國家的重視,但是材料領域的年輕人拿不到實實在在的實惠,也是不爭的事實。

有人問我,你為什麼不轉專業?因為既然讀到了博士,那麼學習能力肯定沒什麼問題,轉個行業,趁早離開不行麼?

我想,我喜歡現在的生活,喜歡現在做的課題,喜歡現在的東西,而且,長期看來,待遇比不上計算機博士,但也還可以,就不想再折騰了。另外,多少就是所謂的情懷。而且,計算機這一行也不好混,一將功成萬骨枯啊,學材料的,學化學的,學生物的,學環境的,學機械的,學電氣的,學土木的,學法律的,都擠入計算機行業了,再加上科班出來的計算機人才,這個行業太擁擠了,於其進去嚐嚐內卷的苦楚,倒不如拿著還湊合的薪資,繼續我的科研之路吧。


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