材料科学与工程是一个“基础研究+应用技术”紧密结合的学科，研究方向覆盖从原子级设计到工业量产的完整链条。以下是主要研究方向的通俗分类和解读，帮助快速理解：

1. 金属材料（最传统但仍在进化）

研究内容：

高性能合金（如航空发动机叶片用的镍基高温合金）

轻量化金属（如镁铝合金用于新能源汽车车身）

金属增材制造（3D打印火箭零件）

特点：

需研究晶界调控、相变行为，解决强度与韧性的矛盾。

2. 无机非金属材料（陶瓷/玻璃/水泥）

研究内容：

结构陶瓷（如防弹装甲、人工关节）

功能陶瓷（半导体芯片绝缘层、固态电池电解质）

新型水泥（低碳环保建材）

突破点：

脆性问题、低温烧结工艺。

3. 高分子材料（塑料/橡胶/纤维）

研究内容：

工程塑料（替代金属做齿轮/管道）

生物可降解材料（如PLA吸管）

柔性电子材料（可拉伸传感器）

痛点：

如何兼顾可降解性和力学性能。

4. 复合材料（1+1>2）

研究内容：

碳纤维增强树脂（飞机机翼、F1赛车）

陶瓷基复合材料（高超音速飞行器热防护）

关键：

界面结合强度、低成本制备工艺。

5. 电子与光电材料（信息时代核心）

研究内容：

半导体材料（硅片、第三代半导体GaN/SiC）

显示材料（OLED发光层、量子点）

存储材料（相变存储器、阻变存储器）

趋势：

更小尺寸、更低功耗、柔性化。

6. 能源材料（碳中和关键）

研究内容：

锂电材料（高镍正极、硅碳负极）

光伏材料（钙钛矿太阳能电池）

氢能材料（储氢合金、燃料电池催化剂）

挑战：

能量密度vs安全性vs成本。

7. 生物医用材料（救人命的技术）

研究内容：

骨修复材料（仿生羟基磷灰石）

心血管支架（可降解镁合金）

药物缓释材料（水凝胶载体）

难点：

生物相容性+降解速率控制。

8. 材料计算与设计（AI助力）

研究内容：

分子动力学模拟（预测材料性能）

机器学习筛选材料配方（减少实验试错）

工具：

VASP、Materials Project数据库。

9. 极端环境材料（上天入地）

研究内容：

超导材料（低温强磁场应用）

核反应堆材料（抗辐照损伤）

深海耐压材料

如何选择方向？

• 想进制造业：金属/高分子/复合材料

• 瞄准高科技：电子/能源/光电材料

• 倾向医疗：生物医用材料

• 喜欢理论：材料计算与设计

需要注意：

• 基础研究（如中科院金属所）：偏重机理发现

• 应用开发（如企业研发中心）：侧重工艺优化

• 交叉领域（如半导体材料）：需懂物理/化学知识

材料科学的本质是“结构-性能-工艺”三角关系，选方向要结合国家需求（如芯片国产化、新能源）和个人兴趣。