Ingénierie des sciences des matériaux avec une année de fondation MEng (Hons)

The University of Sheffield

Ce module présente le corps humain du point de vue de l'ingénierie ; il le considère comme une structure, un mécanisme et un capteur. Il présente ensuite les biomatériaux naturels et de remplacement en examinant les propriétés par rapport à la fonction à l'aide des diagrammes d'Ashby. Enfin, le module aborde les leçons qui peuvent être tirées des biomatériaux par les ingénieurs en matériaux en général (biomimétique).

Ce module présente les idées de base de la thermodynamique et de la cinétique et leurs rôles respectifs dans la détermination du comportement des gaz, des liquides et des solides. Les lois empiriques sur les gaz sont introduites et mènent au concept de gaz idéal et à l'équation d'état du gaz idéal, puis à des équations d'état de gaz plus réalistes. Les concepts thermodynamiques de base sont couverts, tels que le travail, la chaleur, l'énergie interne, la chaleur spécifique, l'enthalpie, l'entropie et l'énergie libre. Les lois et les constantes de vitesse, les ordres de réaction et les effets de la température sur les vitesses de réaction sont abordés. Les diagrammes de phase binaire à l'équilibre des métaux importants sont introduits.

Ce module est conçu pour apprendre aux élèves à interpréter, analyser et présenter des données à l'aide d'outils informatiques modernes (grâce à des logiciels tels qu'Excel, Powerpoint, Word, CES et MATLAB). Les élèves apprendront à utiliser ces paquets pour l'analyse des données et travailleront ensuite sur différents ensembles de données pour déterminer comment le logiciel peut être utilisé pour exécuter les fonctions mathématiques nécessaires sur ces données et pour montrer clairement les tendances et les conclusions qui peuvent être tirées des données.

La production de tous les produits manufacturés implique l'utilisation de matériaux et aura un certain impact sur l'environnement. Par exemple, l'énergie est utilisée à toutes les étapes, de l'extraction des matières premières à la fabrication finale du produit et éventuellement pendant l'utilisation du produit. Grâce à des exemples spécifiques basés sur les matériaux, ce cours présentera aux élèves les besoins en énergie de différentes voies de traitement et de différents produits, ainsi que certaines des questions complexes liées au recyclage et au retraitement des matériaux et à l'analyse du cycle de vie.

Ce module commencera par examiner les relations d'échelle dans les mondes macro et nano. Des exemples de nanomatériaux, notamment des nanoparticules, des nanotubes et des matériaux en vrac nanocomposites, seront discutés. L'utilisation des nanomatériaux dans les nouveaux systèmes et dispositifs issus du développement des nanomatériaux et de la technologie sera examinée. Les questions éthiques, sociétales et environnementales seront discutées.

Cette unité considère les propriétés des matériaux comme le lien entre ce qui est fait à un matériau et la façon dont le matériau réagit, et traite donc de la liaison entre les propriétés et les dispositifs et structures. En particulier : i) Matériaux magnétiques : Bases du magnétisme ; effet des champs magnétiques sur les matériaux. Classification des matériaux magnétiques (dia-, para-, ferro-, antiferro- et ferri-magnétiques). ii) Matériaux électriques : Conducteurs, isolants, gradient de champ, résistivité. Isolants, semi-conducteurs, métaux, conducteurs mixtes et électrolytes solides. iii) Matériaux optiques : Absorption et émission optiques. Ampoules, lampes fluorescentes et phosphores. Fibres optiques pour la lumière, les UV, les IR. Matériaux transparents & translucides.

Les concepts de base de la contrainte, de la déformation et des modules sont introduits. Les liens entre la liaison atomique et les propriétés mécaniques de toutes les principales classes de matériaux (céramiques, métaux, polymères, matériaux naturels et composites) sont ensuite explorés. Les modes de défaillance - concentrations de contraintes, dislocations, ductilité et fluage - sont également abordés. Les liens entre les propriétés des matériaux et leurs microstructures sont étudiés en mettant l'accent sur les structures cristallines métalliques, les défauts et les dislocations, les limites des grains.

Ce module commence par la structure électronique des atomes et s'en sert pour introduire la chimie du tableau périodique. La chimie des cristaux et les structures cristallines sont ensuite examinées, en commençant par les métaux simples, puis en passant à la liaison et aux structures ioniques avant d'envisager les verres. La deuxième moitié du module présente la chimie organique et des polymères. La chimie des groupes fonctionnels et la forme des molécules sont abordées à l'aide de modèles simples de liaison. Nous soulignons l'importance des macromolécules, ainsi que la forme à plus grande échelle des polymères. Nous discutons de la synthèse des polymères et de sa relation avec les propriétés des polymères dans certains cas sélectionnés. Cela inclut une discussion sur les polymères naturels et les biopolymères.

Ce module vise à renforcer les connaissances antérieures des élèves et à développer de nouvelles techniques mathématiques de base nécessaires pour soutenir les sujets d'ingénierie suivis aux niveaux 1 et 2. Il fournit également une base pour les cours de mathématiques de niveau 2 dans le département d'ingénierie approprié.

La semaine du Global Engineering Challenge, organisée à l'échelle de la faculté, est une partie obligatoire du programme de première année, et le projet a été conçu pour développer les compétences académiques, transférables et d'employabilité des étudiants, ainsi que pour élargir leurs horizons en tant que citoyens du monde. Travaillant en groupes multidisciplinaires de six, pendant une semaine complète, tous les étudiants de la Faculté choisissent parmi un certain nombre de projets organisés sous différents thèmes, notamment l'eau, les TIC, la gestion des déchets et l'énergie, avec des scénarios se déroulant dans un pays en développement.

Ce module décrit la déformation plastique des métaux, des polymères et des verres en indiquant les mécanismes fondamentaux qui donnent lieu à la déformation de l'échantillon en réponse à une contrainte appliquée ou découlant d'effets induits thermiquement. Les mécanismes de déformation sont liés à la microstructure et au traitement et les implications pour la conception envisagées.

La semaine Engineering - You're Hired, organisée à l'échelle de la faculté, est une partie obligatoire du programme de deuxième année. La semaine a été conçue pour développer les compétences académiques, transférables et d'employabilité des étudiants. Répartis en groupes multidisciplinaires d'environ six personnes, les étudiants travailleront en équipes interdisciplinaires sur un problème du monde réel pendant un projet intensif d'une semaine. Les projets sont basés sur des problèmes fournis par des partenaires industriels, et les élèves trouveront des idées pour les résoudre et des propositions de projet pour développer ces idées plus avant.

Ce module fait partie d'une série de modules de deuxième niveau conçus pour le groupe particulier d'ingénieurs indiqué entre parenthèses dans le titre du module. Chaque module consolide les connaissances mathématiques précédentes et développe de nouvelles techniques mathématiques pertinentes pour la discipline d'ingénierie particulière.

Ce module s'intéresse aux propriétés physiques des matériaux, autres que mécaniques, et à leurs fonctions. L'application de la mécanique des ondes, les effets de l'anisotropie structurelle et la réponse des systèmes aux champs électriques alternatifs sont tous utilisés dans l'analyse des propriétés thermiques, électriques, électroniques, magnétiques et optiques des matériaux. Les applications particulières des matériaux basées sur ces propriétés sont abordées, notamment les matériaux électroniques et les jonctions pn, les matériaux magnétiques et les supports de stockage de données, les matériaux diélectriques, y compris les condensateurs, les matériaux piézoélectriques et pyroélectriques, et les matériaux optiques pour l'imagerie.

Ce module examinera la thermodynamique des matériaux, en mettant l'accent sur les énergies libres des mélanges et des solutions et leur relation avec les diagrammes de phase, en particulier les eutectiques. Il examinera ensuite comment la microstructure d'une gamme de matériaux (y compris les métaux et les alliages métalliques, les céramiques et certains polymères) et donc leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques sont influencées par la composition et la constitution des phases et par le traitement mécanique et/ou le traitement thermique. Les méthodes de caractérisation telles que le SEM, le TEM et la microscopie optique seront présentées, y compris des discussions sur la préparation des spécimens et l'interprétation des images.

Ce module présente la cristallographie des solides : L'accent est mis sur les éléments de symétrie avancés, les groupes de points et les groupes d'espace. Les classifications cristallographiques et leurs relations avec les propriétés physiques sont abordées. Ceci est ensuite mis en relation avec les principes, la pratique et l'application de la cristallographie aux rayons X, en particulier les techniques de diffraction des poudres. Une brève introduction à la cristallographie des matériaux 2D et des interfaces entre les matériaux est également fournie.

La première moitié du module vise à acquérir une compréhension globale de l'interrelation entre la sélection des matériaux, leur traitement, la conception du produit et sa performance, afin de développer une approche holistique de la sélection optimale des matériaux pour les applications techniques et industrielles. Les sujets examinés comprennent les méthodes de sélection des matériaux et des processus par le biais d'un projet ouvert appliqué. Ce module présente également aux étudiants la mécanique de la rupture. Les sujets abordés en détail dans le cadre de la mécanique de la rupture comprennent la mécanique de la rupture élastique linéaire, la fatigue cyclique, la corrosion sous contrainte et la prédiction des défaillances. Une brève introduction à la mécanique de la rupture élastique-plastique est également incluse.

Ce module offre un large aperçu des principales voies de traitement et de fabrication industrielles des matériaux et composants métalliques, en verre, en céramique et en polymère. Des principes d'ingénierie importants tels que la viscosité, le transfert de chaleur et l'écoulement des fluides seront introduits le cas échéant et un certain nombre d'études de cas seront utilisées afin de mettre en évidence l'équipement, la technologie et la philosophie qui sous-tendent le choix du processus et de la voie de fabrication de ces matériaux.

Ce module présente aux élèves la diffusion et le transfert de chaleur. Dans la partie sur la diffusion, les sujets abordés sont le mouvement atomique, la constante de diffusion, les lois de Fick et les mécanismes de transport atomique dans la masse et à la surface des matériaux. Il est également question du rôle de la diffusion dans l'évolution des matériaux, leur croissance et leur cristallisation. La partie du cours consacrée au transfert de chaleur vise à développer une compréhension de la physique de base du transfert de chaleur conductif, convectif et radiatif et de sa pertinence pour le traitement des matériaux. À cette fin, le cours se concentre sur `des approches analytiques simples des problèmes de transfert de chaleur.

Cette unité couvre les alliages métalliques d'ingénierie allant des aciers alliés, des aciers inoxydables, des alliages légers (c'est-à-dire les alliages d'aluminium et les alliages de titane) et des systèmes métalliques haute température (intermétalliques et superalliages de nickel). Le cours se concentre sur la métallurgie physique de ces alliages d'ingénierie pour démontrer l'effet de l'alliage et ses implications sur le traitement, la microstructure et la performance des composants structurels dans une gamme de secteurs industriels, mais principalement dans les secteurs de l'automobile et de l'aérospatiale.

Cette unité couvre six sujets sur les matériaux inorganiques et fonctionnels en s'appuyant sur le cours précédent. Les sujets sont les matériaux, les dispositifs et les applications électrocéramiques en film mince/épais et en vrac. La couverture se concentrera sur le traitement des matériaux, les exigences des applications industrielles et l'évaluation de l'état de l'art des stratégies de développement des matériaux.

Ce cours examine les propriétés mécaniques et chimiques qui peuvent être influencées et contrôlées par les techniques d'ingénierie de surface, leurs capacités respectives et les propriétés de la surface revêtue ou traitée qu'elles peuvent être utilisées pour produire. Il se concentre également sur l'usure, la réponse au frottement et la corrosion, la protection et la dégradation des matériaux métalliques. La nature électrochimique de la corrosion des métaux, les potentiels d'électrode standard et la cinétique seront examinés. La polarisation sera définie et les propriétés de la corrosion seront étudiées. Des concepts tels que la passivation et les diagrammes de Pourbaix seront introduits ou approfondis, ce qui permettra de comprendre des mécanismes tels que la corrosion par piqûre. La prévention et le contrôle de l'usure et de la corrosion seront abordés ainsi que l'application de la conception pour minimiser/atténuer la corrosion.

Cette unité couvre une gamme de techniques de fabrication de matériaux avancés qui sont soit largement utilisées, soit émergentes dans l'industrie. Les techniques comprennent la fabrication par couches additives, le soudage par faisceau d'électrons, le formage superplastique, la fabrication de batteries au lithium et les approches d'usinage avancées. En outre, des techniques d'évaluation non destructives permettant de garantir des niveaux élevés d'intégrité de fabrication seront décrites.

Ce module est conçu pour présenter aux élèves ingénieurs certaines des principales questions financières et juridiques que les ingénieurs sont susceptibles de rencontrer dans leur environnement de travail. Le module s'appuiera directement sur des questions pratiques de budgétisation, de collecte de fonds, d'évaluation des risques financiers et de prise de décisions financières dans le contexte de projets d'ingénierie et/ou de développement de produits. En même temps, le module permettra aux étudiants de comprendre les aspects juridiques de la conclusion de contrats pour le développement et la livraison de projets et de produits d'ingénierie et de se sensibiliser à la réglementation environnementale, à la protection des données et aux droits de propriété intellectuelle. Grâce à une série de conférences parallèles dans les deux disciplines, le module fournira une connaissance pratique des deux domaines et de la façon dont ils influencent la pratique de l'ingénierie. Dans le cadre de l'évaluation, l'accent sera mis sur le travail en groupe, la rédaction de rapports et la présentation, complétés par des exercices en ligne et un portfolio individuel.

Les demandes industrielles en matière de conception de matériaux avancés et d'optimisation des produits ont augmenté au cours des dernières années. La modélisation est un outil puissant utilisé par les entreprises, la modélisation des matériaux et des dispositifs offrant une voie bon marché et efficace vers des processus et des dispositifs nouveaux et améliorés. Ce cours présentera aux élèves les concepts de base de la modélisation des matériaux et ses différents domaines d'application à l'aide de logiciels de pointe utilisés par les entreprises et les groupes de recherche.

L'unité est conçue pour élargir l'éventail des compétences techniques, organisationnelles et rédactionnelles que l'élève possède avant de commencer son projet de recherche étendu en 4ème année. L'unité comprend donc un projet guidé basé sur l'équipement disponible dans les laboratoires d'essai des matériaux de Diamond. L'étudiant se verra confier un projet contenant un large éventail d'activités expérimentales, notamment la synthèse/le traitement des matériaux, la diffraction des rayons X, l'analyse thermique, la microscopie optique et électronique à balayage, ainsi que l'essai des matériaux et, le cas échéant, la modélisation et la validation des matériaux. Les élèves recevront un modèle fortement guidé pour rédiger leur mini-projet sous la forme d'un rapport ou d'un article allongé de ~6000 mots (figures comprises). Le rapport/l'article doit comprendre un résumé, une introduction, une procédure expérimentale, une section de résultats avec une présentation graphique et tabulaire de niveau papier, des images de haute qualité contenant des indications détaillées des caractéristiques clés, une longue discussion faisant référence à la littérature la plus récente et des conclusions claires attribuées numériquement. Le projet sera noté sur la qualité et la présentation des données, l'organisation des différentes sections, la qualité de l'anglais écrit et enfin sur la science produite. Toute nouvelle science produite est cependant accessoire au processus d'apprentissage pour devenir un chercheur de haut niveau.

Le cours MEng de quatre ans est destiné aux personnes qui souhaitent faire carrière dans les industries de production et d'utilisation des matériaux en tant que technologues de processus, gestionnaires ou chercheurs. Un élément distinctif et important du cours est un stage industriel effectué vers la fin de la troisième année. Le placement professionnel donnera un aperçu du travail d'un ingénieur en matériaux professionnel dans l'industrie et permettra à l'étudiant de mettre en contexte le matériel enseigné dans la partie universitaire du cours.

Cette unité donnera un aperçu de la conception, de la technologie de fabrication et de l'analyse des défaillances du verre dans les secteurs biomédical, alimentaire, architectural, photonique, etc. Elle sera réalisée en collaboration avec Glass Technology Services (Sheffield). GTS lancera un véritable défi technique et des groupes de petite taille entreprendront des travaux expérimentaux et présenteront un rapport qui nécessitera une analyse documentaire approfondie. Pour compléter le défi technique principal, des séminaires techniques ciblés seront organisés sur des sujets pertinents. Ces sujets seront abordés par des universitaires et des ingénieurs. En outre, GTS organisera des séminaires sur l'employabilité et les compétences en communication. Il y aura au moins deux visites industrielles chez des fabricants de verre.

Cette unité donnera un aperçu de la conception, de la fabrication et des performances en service des matériaux et composants nucléaires industriels. Elle sera réalisée en collaboration avec NNL (Sellafield), y compris son ingénieur en chef et son AMRC nucléaire. NNL fixera un véritable défi technique et des groupes de petite taille entreprendront des travaux expérimentaux et présenteront un rapport qui nécessitera une analyse documentaire approfondie. Pour compléter le défi technique principal, il y aura des séminaires techniques ciblés sur des sujets pertinents. Ces sujets seront abordés par des universitaires et des ingénieurs. En outre, NNL proposera des séminaires sur les compétences d'employabilité, le traitement des données, la qualité et la sécurité dans le secteur des matériaux nucléaires.

Ce module est conçu pour permettre aux élèves d'apprendre comment la science est communiquée à différents publics. Les élèves apprendront à rechercher de la littérature scientifique à l'aide de bases de données en ligne et découvriront comment et pourquoi la recherche scientifique est publiée dans différents formats. Les élèves apprendront à connaître les différents logiciels à leur disposition qui peuvent être utilisés pour gérer les références, dessiner des graphiques et produire des illustrations. Les élèves seront évalués par le biais de l'évaluation continue et notés sur leur capacité à évaluer un article par des pairs et sur leur capacité à rédiger un article de recherche dans le style d'un article de journal en utilisant des données de recherche réelles.

Les objectifs de ce module sont de développer:- Une compréhension de la structure du noyau atomique et des processus de désintégration radioactive- Une compréhension holistique du cycle du combustible nucléaire- Une compréhension des systèmes de réacteurs nucléaires et de la production d'énergie- Une compréhension de la conception des matériaux et des paramètres de performance pour les applications nucléairesCe module est conçu pour introduire les principes clés de la science, de l'ingénierie et de la technologie nucléaires, dans le contexte des applications, notamment :-Énergie provenant des réactions nucléaires-Diagnostic et thérapie en médecine-Traitement et élimination des déchets radioactifs-Défense nucléaire et non-prolifération-Protection contre les radiationsCes sujets seront étudiés par rapport à leur impact socio-économique et environnemental.Le module sera enseigné principalement par le biais de conférences et d'études de cas basées sur des enquêtes, avec la contribution d'experts externes.

Le cours de maîtrise en ingénierie de quatre ans s'adresse à ceux qui souhaitent faire carrière dans les industries de production et d'utilisation des matériaux en tant que technologues de processus, gestionnaires ou chercheurs. Une caractéristique distinctive et importante du cours est un stage industriel effectué vers la fin de la troisième année. Le stage donnera un aperçu du travail d'un ingénieur en matériaux professionnel dans l'industrie et permettra à l'étudiant de mettre en contexte le matériel enseigné dans la partie universitaire du cours.

Cette unité donnera un aperçu du traitement industriel des métaux et des aspects environnementaux qui l'accompagnent dans le secteur de la fabrication pour les applications critiques. Il s'agira d'une collaboration avec des industries britanniques telles que Tata Steel, Sheffield Forgemasters, GKN et/ou Siemens VAI. L'industrie lancera un véritable défi technique et des groupes de petite taille entreprendront des travaux expérimentaux et présenteront un rapport qui nécessitera une analyse documentaire approfondie. Pour compléter le défi technique principal, des séminaires techniques ciblés seront organisés sur des sujets pertinents. Ces sujets seront abordés par des universitaires et des ingénieurs. En outre, l'industrie de transformation des métaux proposera des séminaires sur les aspects environnementaux, les services de travaux et les questions de qualité.

Le travail de projet est réalisé sur une base individuelle pendant deux semestres par les étudiants de niveau 4 MEng. Le projet portera sur le sujet spécifique du diplôme spécialisé. Le projet est réalisé sous la supervision d'un ou plusieurs membres du personnel académique et comprend une recherche originale. Le projet doit être considéré comme une formation à la recherche et est choisi dans une liste établie de manière à ce que les étudiants puissent poursuivre leurs propres intérêts en rapport avec les choix de cours. Le rapport de fin d'année comprendra une introduction, une analyse documentaire pertinente, des résultats et une discussion ainsi que des conclusions.

Chaque projet est une enquête de recherche originale menée individuellement sous la supervision d'un ou plusieurs membres du personnel académique. Il a pour but de fournir une formation à la recherche et implique la réalisation d'une étude documentaire complète comprenant la lecture d'articles originaux et d'articles de synthèse dans les revues de la Learned Society et les comptes rendus de conférences. Chaque projet implique généralement aussi des travaux de laboratoire, bien que certains puissent être basés principalement sur des études informatiques ou un examen détaillé de la littérature publiée. Il offre aux étudiants la possibilité de poursuivre leurs propres intérêts liés à leur sujet Le projet se déroule sur l'année universitaire et l'étudiant sera intégré à l'un des groupes de recherche de classe mondiale au sein des matériaux pour travailler aux côtés de doctorants et d'assistants de recherche post-doctoraux.

L'objectif principal est de fournir une formation et une expérience en matière d'engagement public et d'activités de sensibilisation. Les étudiants travailleront en groupes de 3-4 pour concevoir, réaliser et évaluer une certaine forme d'activité de diffusion/engagement du public liée à la science et à l'ingénierie des matériaux. Les principales exigences sont les suivantes : i) Le projet doit s'adresser à un public non spécialisé.ii) Les coûts doivent rester dans les limites d'un budget fixe fourni par le département (100.00)iii) Il doit être réutilisable (c'est-à-dire pouvoir être reproduit à l'avenir).Pour accéder à ce financement, chaque groupe devra soumettre une proposition pour son projet (semaine 8, semestre 1) La proposition ne doit pas dépasser 2 pages A4 et contenir des informations sous les rubriques suivantes : Contexte scientifique Les connaissances pertinentes pour le domaine couvert par le projet. Description de l'activité proposée Ce que le groupe va faire et pourquoi il pense que cela sera efficace. Nouveauté et innovation - Qu'est-ce que l'activité a de nouveau et pourquoi elle devrait être réalisée ? Public cible À qui s'adresse l'activité et quels besoins particuliers ont été identifiés. Date et lieu de réalisation suggérés Où et quand l'activité sera réalisée Budget demandé et dépenses prévues.

L'unité couvre une sélection des principaux concepts des domaines de la chimie inorganique, organique et physique afin de développer une solide connaissance de base de la chimie correspondant au tronc commun du programme de niveau A comme préparation à des études réussies dans les sciences des matériaux et le génie chimique.

Ce module présentera l'application des principes de l'ingénierie aux étudiants de l'année de fondation et leur donnera une idée de l'étendue des activités d'ingénierie de la faculté. Il identifiera les domaines de connaissances et les compétences nécessaires pour contribuer à leur développement et réussir. Cela permettra également de créer des liens avec les départements et de s'appuyer sur les autres modules que les étudiants suivront pendant l'année de fondation, notamment les mathématiques et la physique.

Le programme du MAS003 couvre le tronc commun du programme d'études A Level. L'unité est adaptée aux élèves qui ont été éloignés des mathématiques pendant un certain temps, mais qui auront obtenu quelques qualifications A-Level ou similaires. L'unité couvre les principes de base de l'algèbre, de la géométrie et du calcul. Après l'introduction du nouveau matériel dans les cours, les élèves ont la possibilité de résoudre des problèmes de manière approfondie, à la fois dans les séances de tutorat avec les conférenciers et pendant leur propre temps.

PHY010 fournit aux élèves les éléments de physique nécessaires pour entrer en première année d'un cours d'ingénierie où certaines connaissances en physique sont nécessaires. La compréhension sera développée en suivant un sous-ensemble de conférences du module plus complet PHY009, à savoir celles couvrant la dynamique/mécanique ; l'électricité et le magnétisme (semestre d'automne) ; et les oscillations, les ondes et l'optique ; les propriétés de la matière (semestre de printemps). Ces cours seront dispensés dans les premiers 2/3 de l'un ou l'autre des semestres. La résolution de problèmes et les cours d'exemples sont intégrés aux conférences.