本文為大家解讀材料科學與工程（Materials Science and Engineering，簡稱MSE)學科領域，所有的材料類專業人員及從業人員，均屬于這個學科領域的一份子。

作為人類文明的基石--材料，其定義一直沒有一個準確的答案。美國科學院曾給出了這樣的定義：具有一定性能，可以用來制作成器件、結構、產品的物質稱為材料。或者直白一點，一切可以做成有用的物件的物質稱為材料。但材料的發展，卻一步步的使得人們對其的理解發生變化，因此沒有一個確切的界定。好在材料千變萬化，但是材料的四大基本要素卻是不變的：成分與結構、合成與加工、性質、使用效能。而材料科學與工程，就是不斷的追求和探索這四大基本要素的學科領域。因此，材料的四大基本要素，也就構成了材料科學與工程的基本要素。

材料科學與工程四大要素

材料科學與工程四面體

1：性質。既然材料是人們用于制造有用物品、器件和各種構件和產品的物質，它必然具有其特定的性能。一般來說，材料的性質是指材料對載荷、電、磁、光、熱的反應，可以分為力學性能、物理性能、化學性能。

2：成分與結構。組成材料的原子類型和分量，稱為材料的成分，而它們的排列方式和空間分布則為結構。材料的成分和結構對材料性能有著重要的影響。只有控制材料的成分和結構，才能達到人們所追求的性能。例如材料人網目前采用的驗證問答的答案——晶粒強化，就是通過細化晶粒，增加晶界，阻礙位錯運動，從而達到提高材料強度的效果。

3：合成與加工。合成和加工是控制材料成分和結構的基礎和必要手段。合成與加工是將材料制備成產品，是決定產品的質量、成本和競爭力，而且具有相當的“保密性”。例如鋼材經過退火、淬火、回火等熱處理來改變內部結構而達到預期的性能。

4：使用效能。使用效能指材料在最終的使用過程中的行為和表現。由于材料在使用中所處的條件和使用環境是復雜的，因此材料在使用過程中的表現和行為才是對材料最有效地考驗，也是衡量材料使用價值的依據。例如泰坦尼克號的沉沒的一個重要原因是所使用的鋼材在低溫下變脆，此后科學家們開始考慮鋼材的韌/脆轉變溫度。還有核反應堆中的配件在反應堆的使用條件下，會慢慢變形（這種現象稱之為蠕變）等等。

材料初學者要想了解材料從業人員是干什么的這個問題，可以從理解材料科學與工程四大要素入手。因為追尋和探索這四大要素之間的關系，構成了材料科學與工程學科領域全部的內容。因此，美國麻省理工主編的《材料科學與工程百科全書》，就對材料科學與工程下了如此的定義：材料科學與工程是研究有關材料的組成、結構、合成與加工與材料性能和用途的關系的知識。

材料科學與工程的內涵

材料科學與工程可以分為材料科學、材料工程兩部分。

材料科學是研究材料的組織、結構與性能的關系，探索自然規律，以便更好的指導材料的成功應用。它考慮的是成分與結構對性質、使用效能的影響。值得一提的是，Robert W.Cahn 所著的《The coming of Materials Science》（國內譯本《走進材料科學》，由楊柯等翻譯），將材料科學誕生的基礎歸納為三大理論：原子和晶體學說、顯微組織、相平衡。

材料工程：研究材料在制備過程中的工藝和工程技術問題。它考慮的是合成與加工對性質、使用效能的影響。

由此可以看出，材料科學與工程既包含從事不帶目的性的基礎研究，也包含從事應用性研究。因此，很多材料專業同學稱材料科學與工程為工科中的理科，理科中的工科。

材料科學與工程學科演變

雖然人類自有文明以來就開始學習使用和研究材料，但材料科學與工程這一名詞卻相當年輕，于20世紀60年代誕生于美國西北大學。從歷史上看，當代材料科學與工程系主要由礦冶系演變而來。下面我們分歐美、國內兩個方面講述材料科學學科演變過程：

歐美學科演變

1：19世紀后半葉，英國和美國部分大學開始設立礦冶系，分別側重于煉鋼、鑄鐵、冶煉工藝安排教學。

2：1957年，前蘇聯成功發射人造衛星。其中，宇航材料的一系列重大突破為這次成功打下了堅實的基礎。而這次一事件也引起了英美對材料研究和教育產生了影響。20世紀50年代開始，英美原設置冶金系的大學逐步將系名更改為冶金與材料系或者材料系。

3：80年代以后，歐美大學基本以材料科學與工程系命名。從冶金系向材料系轉變的歷史進程就此結束。

國內學科演變

1：1895年成立的北洋西學學堂設立礦冶學科，開創了國內材料教育先河。之后，國立唐山工學院、東北大學、武漢大學等高等學府相繼設立冶金系。這段時期，國內材料教育主要是培養礦冶人才，滿足開發材料資源需求。

2：新中國成立后，借鑒蘇聯經驗，經過一系列的院校合并，北京鋼鐵學院、東北工學院和中南礦冶學院等冶金工業院校成立。這一時期，我國材料科學技術人才被分割在十幾個專業內培養，分屬冶金、機械、化工。例如金屬材料被細分為冶金物理化學、金屬材料及熱處理、鑄造、焊接、壓力加工、粉末冶金等專業。

3：改革開放以后，借鑒歐美大學材料系的發展經驗，浙大、清華、北科、復旦相繼成立材料科學與工程系（院）。在這期間，材料科學學科也做了相應的改革，例如試辦新專業，如材料科學、材料工程、材料物理、熱加工等專業，總體上已打破專業設置界限，加強專業間和滲透和聯系。

4：進入21世紀初，材料科學與工程專業做了大幅調整，將材料物理、材料化學、粉末冶金、復合材料等專業合并成材料物理與化學、材料學、材料加工工程三大類。

多學科交叉的發展趨勢

作為一門多學科匯集交叉領域，材料科學與工程既與物理、化學、力學、數學等基礎學科緊密相連，也與制造技術緊密相關。材料科學與工程的每一個微小的進步，都可以迅速的輻射到其他領域持續進步。材料科學與工程涉及的方面如此之廣泛，以至于世界上沒有一個國家成立以材料科學與工程為專業的組織或者部門。（這也是很多材料學子困惑的地方所在：材料科學與工程沒有一個行業可以囊括）。而且，材料科學與工程與其他學科交叉正在日益加強，已經成為一個公認的必然走勢。

（來源：材料科學與工程）