材料科学工程，预科一年 MEng (Hons)

The University of Sheffield - 谢菲尔德大学

全院范围内的全球工程挑战周是第一年课程的必修部分，该项目旨在发展学生的学术、可转移和就业技能，并拓宽他们作为全球公民的视野。在一整周的时间里，学院的所有学生以六人一组的多学科小组的形式，从一系列主题下安排的项目中进行选择，包括水、信息和通信技术、废物管理和能源，场景设置在一个发展中国家。

本模块介绍了热力学和动力学的基本概念，以及它们各自在决定气体、液体和固体行为中的作用。经验气体定律被介绍到理想气体的概念和理想气体的状态方程，并发展到更现实的气体状态方程。涵盖基本的热力学概念，如功、热、内能、比热、热焓、熵和自由能。讨论了速率规律、速率常数、反应顺序和温度对反应速率的影响。介绍了重要金属的平衡二元相图。

所有制成品的生产都涉及到材料的使用，并会对环境产生一些影响。例如，从原材料的提取到产品的最终制造，以及可能在产品的使用过程中，各个阶段都会用到能源。通过具体的基于材料的例子，本课程将向学生介绍不同的加工路线和产品的能源需求，以及材料的回收和再加工和生命周期分析中涉及的一些复杂问题。

本模块将首先考虑宏观和纳米世界的比例关系。将讨论纳米材料的例子，包括纳米颗粒、纳米管和纳米复合体材料。将考虑在纳米材料和技术的发展中产生的新型系统和设备中使用纳米材料。将讨论伦理、社会和环境问题，.

本模块旨在加强学生以前的知识，并开发新的基本数学技术，以支持1级和2级的工程科目。它还为相应工程系的2级数学课程提供了基础。

介绍应力、应变和模量的基本概念。然后探讨原子结合和所有主要类别的材料（陶瓷、金属、聚合物、天然材料和复合材料）的机械性能之间的联系。失败的模式也包括应力集中、位错、延展性和蠕变。研究了材料性能和材料微观结构之间的联系，特别强调了金属晶体结构、缺陷和位错、晶界。

本模块从原子的电子结构开始，并以此来介绍周期表的化学知识。然后考虑晶体化学和晶体结构，从简单的金属开始，然后转向离子键和结构，最后考虑玻璃。本模块的后半部分介绍了有机和聚合物化学。使用简单的键合模型讨论功能团化学和分子形状。我们强调大分子的重要性，同时强调聚合物的大尺度形状。我们讨论聚合物的合成及其与聚合物特性的关系，并选择一些案例。这包括对天然和生物聚合物的讨论.

本单元将材料特性视为对材料所做的事情与材料的反应之间的联系，因此讨论了将特性与设备和结构联系起来。特别是：i) 磁性材料。磁学的基础知识；磁场对材料的影响。磁性材料的分类（双磁、副磁、铁磁、反铁磁和铁磁）。导体、绝缘体、电场梯度、电阻率。绝缘体、半导体、金属、混合导体和固体电解质。光学吸收和发射。灯泡、荧光灯和荧光粉。光线、紫外线、红外线的光学纤维。透明和半透明的材料.

本模块从工程角度介绍了人体；将其视为一种结构、一种机制和一种传感器。然后，它介绍了天然和替代生物材料，并使用阿什比图表讨论了与功能有关的特性。最后，该模块讨论了一般材料工程师可以从生物材料中学到的经验（仿生学）。

该模块旨在教学生使用现代计算工具（虽然有Excel、powerpoint、word、CES和MATLAB等软件包）来解释、分析和展示数据。学生将学习如何使用这些软件包进行数据分析，然后通过不同的数据集来确定如何使用软件来对这些数据进行必要的数学运算，并清楚地显示趋势和可以从数据中得出的结论。

全院性的工程--你被雇用周是第二年课程的必修部分，该周被设计用来发展学生的学术、可转移和就业技能。在为期一周的密集项目中，学生们将以六人左右的多学科小组的形式，就一个现实世界的问题进行工作。这些项目是基于工业伙伴提供的问题，学生将提出解决这些问题的想法和进一步发展这些想法的项目建议。

本模块向学生介绍了扩散和传热。在扩散部分，涵盖了原子运动、扩散常数、菲克定律和原子在材料体和表面的传输机制。此外，还讨论了扩散在材料的演变、生长和结晶中的作用。课程的传热部分旨在发展对传导、对流和辐射传热的基本物理学的理解及其与材料加工的相关性。为此，该课程集中于 "传热问题的简单分析方法.

本模块关注材料的物理特性，而不是机械特性，以及它们的功能。波动力学的应用，结构各向异性的影响，以及系统对交流电场的反应都被用于分析材料的热、电、电子、磁和光学特性。讨论了基于这些特性的特定材料应用，包括电子材料和pn结、磁性材料和数据存储介质、包括电容器在内的介电材料、压电和热电，以及成像的光学材料。

本模块介绍了固体的结晶学。特别强调的是高级对称元素、点群和空间群。讨论了晶体学的分类及其与物理性质的关系。然后与X射线晶体学的原理、实践和应用相关，特别是粉末衍射技术。还简要介绍了二维材料的晶体学和材料之间的界面。

本模块提供了一个关于金属、玻璃、陶瓷和聚合物材料和部件的主要工业加工和制造路线的广泛概述。将介绍相关的重要工程原理，如粘度、传热和流体流动，并将使用一些案例研究，以强调这些材料的工艺和制造路线选择背后的设备、技术和理念。

本模块是一系列二级模块的一部分，为模块标题中括号内的特定工程师群体设计。每个模块巩固以前的数学知识，并开发与特定工程学科相关的新数学技术.

本模块描述了金属、聚合物和玻璃的塑性变形，指出了引起样品应变的基本机制，以应对外加应力或由热诱导效应引起的应变。变形机制与微观结构和加工有关，对设计的影响被认为是。

本模块将考虑材料的热力学，强调混合物和溶液的自由能以及它们与相图的关系，特别是共晶物。然后，它将考虑一系列材料（包括金属和金属合金、陶瓷和选定的聚合物）的微观结构以及它们的机械、物理和化学性质是如何受成分和相构成以及机械加工和/或热处理的影响的。将介绍SEM、TEM和光学显微镜等表征方法，包括讨论试样的制备和图像的解释。

该模块的前半部分旨在建立对材料选择、材料加工、产品设计和产品性能之间的相互关系的全面理解，以便为工程和工业应用的材料优化选择开发一种整体方法。考察的主题包括通过一个开放式的应用项目选择材料和工艺的方法。该模块还向学生介绍断裂力学。在断裂力学中，比较详细的课题包括线性弹性断裂力学、循环疲劳、应力腐蚀和失效预测。还包括对弹塑性断裂力学的简要介绍。

本单元涵盖了一系列在工业中广泛使用或新兴的先进材料制造技术。技术包括增材制造、电子束焊接、超塑性成型、锂电池制造和先进的加工方法。此外，还将介绍确保高水平制造完整性的非破坏性评价技术。

该单元旨在扩大学生在四年级开始扩展研究项目之前的技术、组织和写作技能的范围。因此，该单元包括一个基于钻石公司材料测试实验室现有设备的指导性项目。学生将被分配一个项目，其中包括广泛的实验活动，例如材料合成/加工、X射线衍射、热分析、光学和扫描电子显微镜以及材料测试和适当的材料建模和验证。学生将得到一个强有力的指导模板，以报告或长篇论文的形式写出他们的小型项目，字数约为6000字（包括图表）。报告/论文必须包括：摘要、引言、实验过程、结果部分，并有论文级别的图形和表格展示、包含关键特征详细说明的高质量图片、参考最新文献的冗长讨论以及清晰的数字结论。该项目将根据数据的质量和表述、各部分的组织、书面英语的质量以及最后产生的科学成果来评分。然而，任何新产生的科学都是学习如何成为一流的研究人员过程中的附带品。

本单元将提供对玻璃在生物医学、食品、建筑、光子学等领域的设计、制造技术和故障分析的深入了解。这将与玻璃技术服务公司（Sheffield）合作。GTS将设置一个真正的技术挑战，小规模的小组将进行实验工作并提交一份报告，这需要深入的文献回顾。作为对主要技术挑战的补充，将就相关主题举行重点技术研讨会。这些主题将由学者和工程师提供。此外，GTS将提供关于就业能力和沟通技巧的研讨会。将至少有两次对玻璃制造商的工业访问.

本单元将提供对工业核材料和部件的设计、制造和在役性能的深入了解。这将与NNL（Sellafield）合作，包括他们的总工程师和核AMRC。NNL将设置一个真正的技术挑战，小规模的小组将进行实验工作，并提交一份需要深入文献审查的报告。作为对主要技术挑战的补充，将就相关议题举行重点技术研讨会。这些主题将由学者和工程师提供。此外，NNL将提供关于就业技能、数据处理、核材料部门的质量和安全的研讨会。

四年制工程硕士课程是为那些希望在材料生产和使用行业中从事工艺技术员、管理人员或研究人员的人准备的。该课程的一个独特和重要的特点是在第三学年末进行工业实习。工作实习将使学生深入了解专业材料工程师在工业中的工作，并使学生能够将课程中大学部分所教授的材料融入到背景中。

本单元涵盖了工程金属合金，从合金钢、不锈钢、轻合金（即铝合金和钛合金）和高温金属系统（金属间化合物和镍超合金）。该课程以此类工程合金的物理冶金学为中心，展示合金化的效果及其对一系列工业部门的结构部件的加工、微观结构和性能的影响，但主要是汽车和航空航天部门。

该模块旨在向工程专业学生介绍工程师在其工作环境中可能遇到的一些关键的财务和法律问题。该模块将直接借鉴工程项目和/或产品开发背景下的预算编制、融资、评估财务风险和做出财务决策等实际问题。同时，该模块将培养学生对签订工程项目和产品的开发和交付合同的法律方面的理解，以及对环境法规、数据保护和知识产权的认识。通过一系列这两个学科的平行讲座，该模块将提供这两个领域的工作知识以及它们如何影响工程实践。作为评估的一部分，将着重强调小组工作、报告撰写和陈述，并辅以在线练习和个人作品集。

在过去的几年里，工业界对先进材料设计和产品优化的需求一直在增加。建模是公司使用的一个强大的工具，材料和设备建模为新的和改进的工艺和设备提供了一个廉价和有效的途径。本课程将向学生介绍材料建模的基本概念及其不同的应用领域，使用公司和研究小组使用的最先进的软件。

本单元的目的是培养：- 对原子核结构和放射性衰变过程的理解- 对核燃料循环的整体理解- 对核反应堆系统和发电的理解- 对核应用的材料设计和性能参数的理解本单元旨在介绍核科学、工程和技术的关键原理，在应用方面，包括：1:-核反应产生的能量-医学诊断和治疗-放射性废物处理和处置-核防御和不扩散-辐射防护这些主题将结合其社会经济和环境影响进行研究。该模块将主要通过讲座和基于调查的案例研究进行教学，并由外部专家提供帮助。

本模块旨在让学生有机会了解科学是如何向不同的受众传播的。学生将学习如何使用在线数据库搜索科学文献，并了解科学研究如何以及为什么以不同的格式发表。学生们将被告知可用于管理参考文献、绘制图表和制作图形的不同软件包。学生将通过持续评估，并根据他们对文章进行同行评议的能力以及他们使用真实的研究数据按照期刊文章的风格撰写研究文章的能力进行评分。

本课程考虑了可以通过表面工程技术影响和控制的机械和化学特性，它们各自的能力以及它们可以用来生产的涂层或处理的表面的特性。它还关注金属材料的磨损、摩擦反应和腐蚀、保护和退化。金属腐蚀的电化学性质、标准电极电位和动力学将被审查。将对极化进行定义并研究腐蚀特性。钝化和Pourbaix图等概念将被引入或扩展，导致对点腐蚀等机制的理解。磨损和腐蚀的预防和控制将被讨论，同时还将讨论设计在最小化/减轻腐蚀方面的应用。

本单元涵盖了在早期课程基础上的无机和功能材料的六个主题。主题是薄/厚膜和块状电瓷材料、装置和应用。覆盖范围将集中在材料加工、工业应用要求和材料发展战略的最新评估上。

本单元将提供对工业金属加工和伴随着关键应用的制造部门的环境方面的洞察力。这将是与英国工业界的合作，如塔塔钢铁公司、谢菲尔德锻造厂、GKN和/或西门子VAI。工业界将设置一个真正的技术挑战，小规模的小组将进行实验工作，并提交一份需要深入文献审查的报告。作为对主要技术挑战的补充，将就相关议题举行重点技术研讨会。这些主题将由学者和工程师提供。此外，金属加工行业将提供关于环境方面、工程服务和质量问题的研讨会。

四年制工程硕士课程是为那些希望在材料生产和使用行业从事工艺技术员、管理人员或研究人员的人而设的。该课程的一个独特和重要的特点是在第三学年末进行的工业实习。实习将提供对专业材料工程师在工业中的工作的洞察力，并将使学生能够把在大学部分课程中教授的材料放在背景中。

每个项目都是在一名或多名学术人员的监督下单独进行的原创研究调查。它旨在提供研究培训，并涉及完成一项全面的文献调查，包括阅读学术协会期刊和会议记录中的原始论文和评论文章。每个项目通常还涉及实验室工作，尽管有些项目可能主要基于计算研究或对已发表文献的详细审查。它为学生提供了一个追求自己的学科相关兴趣的机会。该项目为期一学年，学生将被纳入材料领域的一个世界级研究小组，与博士生和博士后研究助理一起工作。

主要目的是提供公众参与和外联活动方面的培训和经验。学生将以3-4人为一组，设计、开展和评估与材料科学和工程有关的某种形式的传播/公众参与活动。主要要求是：i) 该项目必须与非专业观众接触。ii) 成本必须在系里提供的固定预算内（100.00）iii) 它必须是可重复使用的（即能够在未来的场合进行复制）。科学背景 项目所涉领域的相关知识。拟议活动的描述 该小组将做什么，为什么他们认为它将是有效的。新颖性和创新性 - 该活动的新颖之处，以及为什么要这样做？目标受众 活动的对象，以及已确定的特殊需求。建议的实施日期和地点 活动的实施地点和时间 要求的预算和计划的开支.

项目工作是由4级工程硕士学生在两个学期内单独进行的。该项目将在专业学位的特定科目中进行。项目工作是在一名或多名学术人员的监督下进行的，包括原创的研究调查。该项目应被视为研究训练，并从一份清单中选择，以便学生能够追求与课程选择有关的自己的兴趣。最后一年的报告将包括介绍、相关文献回顾、结果和讨论以及结论。

本单元涵盖了无机、有机和物理化学领域的一些主要概念，以发展与共同核心A级课程相对应的健全的化学基础知识，为在材料科学和化学工程领域的成功学习做准备。

本模块将向基础年级学生介绍工程原理的应用，让学生了解整个学院工程活动的广度，并向学生确定需要哪些知识领域和技能，以促进他们的发展和成功。这也将有助于建立与各系的联系，并借鉴学生在基础年所学的其他模块，特别是数学和物理学。

MAS003的教学大纲涵盖了共同核心A级课程。本单元是为那些已经离开数学一段时间的学生量身定做的，但他们将获得一些A-Level或类似的资格。该单元涵盖了代数、几何和微积分的基本原理。在讲座中介绍了新材料后，学生有机会在讲师的辅导课上和自己的时间里解决大量的问题，.

PHY010为学生提供了进入工程课程第一年所需的物理学元素，在那里需要一些物理学知识。 通过学习更全面的模块PHY009的次级课程，即涵盖动力学/机械学；电学和磁学（秋季学期）；以及振荡、波和光学；物质属性（春季学期）的课程，可以加深理解。这些课程将在任一学期的前2/3时间内进行。问题解决和实例课被整合到讲课中.