مراکز پژوهشی علوم و مهندسی مواد

مقدمه

MRSECها جزء مهمی از پروژهٔ تحقیقاتی مبتنی بر مرکز NSF هستند، اما همچنین اهمیت تاریخی دارند. MRSECs توسط NSF در سال ۱۹۹۴ تأسیس شد، اما ریشه در آزمایشگاه‌های تحقیقات مواد NSF (MRLs) در سال ۱۹۷۲ آغاز شده‌است که به نوبه خود از آزمایشگاه‌های بین رشته‌ای (IDLs) آغاز شده توسط وزارت دفاع در سال ۱۹۶۰ تکمیل شده‌است. این مرکز متقابل انضباطی فعالیت‌های مبتنی بر اساس، تغییرات قابل توجهی در نحوه تحقیق و آموزش مواد در موسسات علمی انجام داده‌است و IDLها / MRLها با کمک رشد سریع در بخش‌های علوم و مهندسی مواد در ایالات متحده در دهه‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ به حساب می‌آیند. آن‌ها همچنین سهم قابل توجهی را در برنامه ملی مواد تشکیل دادند که از دوران اولیه پس از اسپوتنیک ظهور کردند، که منجر به رشد شدید در آموزش و پرورش علمی و مهندسی مهندسی و توسعه امکانات آزمایشی دانشگاه شد.</ref>
از آنجا که بخش عمده ای از اطلاعات مربوط به MRSEC فعلی در وب سایت‌ها در دسترس است، تنها یک مرور کلی از برنامه فعلی ارائه شده‌است. هدف اصلی این مقاله بررسی جنبه‌های تاریخی MRSECها و اهمیت تأثیر آن‌ها بر تحقیقات و آموزش مواد در ایالات متحده است.

خلاصه برنامه

تحقیق انجام شده در MRSECs در گروه تحقیقاتی بین رشته‌ای (IRGs) انجام می‌شود، تیم‌های شش تا دوازده یا بیشتر محققان بر روی یک موضوع پژوهشی فعلی اهمیت ملی کار می‌کنند. MRSECs در اندازه‌های دو تا چهار IRG می‌باشد. مباحث IRGها در یک مرکز ممکن است بر موضوعات مرتبط علمی یا تکنولوژیکی متمرکز شوند یا می‌توانند زمینه‌های متفاوتی از پژوهش را پوشش دهند.
سطوح بودجه برای یک MRSEC معین در حال حاضر حدود ۱٫۵ تا ۳٫۵ میلیون دلار در سال است، بسته به محدوده کل برنامه تحقیقاتی. هر مرکز دارای انعطاف‌پذیری قابل توجهی برای توزیع وجوه خود در مطابقت با پیشنهادی و پیشنهادی پژوهشی و آموزشی خود است. علاوه بر این، مراکز به شدت تشویق می‌شوند که بخش کوچکی از وجوه خود را برای حمایت از پروژه‌های بذر اعمال کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهند تا به فرصت‌های جدید تحقیقاتی واگذار شوند.
MRSECs مشارکت با سایر موسسات دانشگاهی، آزمایشگاه‌های ملی و صنعت و همکاری‌های بین‌المللی را فراهم می‌کند. مراکز همچنین دارای امکانات گسترده‌ای برای آزمایش و محاسبات هستند که به‌طور کلی برای کاربران خارجی قابل دسترسی هستند. یک شبکه تسهیل شده به تازگی تأسیس شده دسترسی به طیف وسیعی از ابزارهای تجربی را در شبکه ملی MRSEC هماهنگ کرده‌است.</ref> یک وظیفه کلیدی برای این مراکز آموزش و پرورش یک نیروی کار ماهر است. بزرگترین جزء بودجه این مرکز به حمایت دانشجویان (دانشجویان کارشناسی و فارغ‌التحصیل) و محققان پس از دکتری اختصاص دارد. علاوه بر این، MRSECS از طریق همکاری با موزه‌ها و سایر نهادهای عمومی، فعالیت‌های گسترده‌ای را در زمینه فعالیت‌های آموزشی و تبلیغاتی در ارتباط با K-12 دانش آموزان و آموزش عمومی ایفا می‌کند.

وضعیت تحقیق مواد قبل از سال ۱۹۶۰

مطالعه مدرن مواد متشکل از بسیاری از رشته‌های علمی سنتی، از جمله فیزیک، شیمی، مهندسی و به‌طور فزاینده ای علوم زیست‌شناسی و ریاضیات است. تا اواسط قرن بیستم، رشته‌های مختلف به بررسی مواد با متدولوژی‌های متمایز خود پرداختند. همکاری میان رشته‌ای، به ویژه در موسسات علمی، عادی نبود. استثناهای گذشته روشی موفق برای همکاری بود که منجر به تحولات شدید فناوری در طول جنگ جهانی دوم شد، از جمله برنامه‌های نظامی و صلح آمیز تولید انرژی هسته ای.
در اواخر دهه ۱۹۵۰، تحولات مهمی در نحوه شکلگیری دولت فدرال در حمایت از تحقیقات میان رشته‌ای و همکاری در موسسات دانشگاهی مشاهده شد. راه اندازی موفقیت‌آمیز اسپوتنیک فضایی روسیه در ۴ اکتبر ۱۹۵۷ تأثیر زیادی بر نحوه انجام تحقیقات علمی و فناوری در ایالات متحده داشت. در طول یک سال از این تاریخ، دولت فدرال دو سازمان جدید را تأسیس کرد: اداره ملی حمل و نقل هوایی و فضایی (ناسا)، که تعریف اکتشاف فضایی ایالات متحده را برای بقیه قرن و فراتر از آن تعریف کرده و آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته (ARPA، بعداً DARPA) در وزارت دفاع. ARPA وظیفه گسترش مرزهای فناوری و علم، اغلب با برنامه‌های بالقوه نظامی بود. علاوه بر این، قانون آموزش ملی دفاع ۱۹۵۸ هدف اصلی افزایش تعداد مهندسین، دانشمندان و ریاضیدانان آموزش دیده بود و شامل مقررات برای کمک مالی بود.</ref>
شور و شوق پست Sputnik برای سرمایه‌گذاری بیشتر در تحقیقات علمی به پیشنهاد توصیه‌های گسترده‌تر در مارس ۱۹۵۸ برای هماهنگ‌کردن تحقیقات مواد در ایالات متحده توسط کمیته علمی و مشاوره رئیس‌جمهور آیزنهاور (PSAC) پیشنهاد شد. یک گزارش بعدی تحت عنوان «تقویت علم آمریکا» در دسامبر ۱۹۵۸ به رئیس‌جمهور آیزنهاور ارسال شد. این گزارش به موجب دستورالعمل رئیس‌جمهور آیزنهاور در تاریخ ۱۳ مارس ۱۹۵۹ به تشکیل شورای فدرال برای علم و فناوری منجر شد. یکی از اقدامات اولیه این شورا، ایجاد «کمیته هماهنگی تحقیق و توسعه مواد» (CCMRD) بود که توسط John W. Williams، مدیر تحقیق کمیسیون انرژی اتمی (AEC)، رهبری شد. نتیجه نهایی ایجاد سه آزمایشگاه بین رشته‌ای دانشگاهی (IDLs) در اواسط سال ۱۹۶۰ تحت نظارت ARPA بود.
ایده یک آزمایشگاه بین رشته‌ای در علوم جامد و علوم مواد در حال حاضر در تنظیمات آزمایشگاهی صنعتی (مانند آزمایشگاه‌های بل و دیگران) بسیار موفق بوده‌است، به عنوان مثال برای توسعه ترانزیستور و لیزر منجر شده‌است. تأسیس چنین آزمایشگاهی در یک محیط دانشگاهی به‌طور طبیعی از مطالعات دوران پس از اسپوتنیک برای یک نیروی کار بزرگ و با شدت آموزش دیده به وجود آمده‌است. دانشگاه‌های آمریکایی در موقعیت ایده‌آل قرار گرفتند تا فرصتی برای ترکیب مأموریت‌های آموزشی خود با توسعه برنامه‌ریزی شده تسهیلات پیشرفته ای از پیشرفته‌ترین و پیشرفته تر فراهم کنند.

آزمایشگاه‌های بین رشته‌ای (IDLs(1960-1972

ایجاد ۱۱ آزمایشگاه بین رشته‌ای در دانشگاه کورنل، دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه Northwestern، توسط ARPA در ۱۱ ژوئیه ۱۹۶۰ به‌طور رسمی اعلام شد. این قراردادها مستلزم این بود که این دانشگاه‌ها "یک برنامه پژوهشی مواد بین رشته‌ای را ایجاد کنند و باید لازم پرسنل و امکانات تحقیق در علم مواد … "در سال بعد (۱۹۶۱) هشت IDL اضافی ایجاد شد:
دانشگاه براون، دانشگاه شیکاگو، هاروارد، دانشگاه مریلند، مؤسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه کارولینای شمالی، دانشگاه پردو و دانشگاه استنفورد.
IDL 12 در سال ۱۹۶۲ در دانشگاه ایلینوی اضافه شد که توسط کمیسیون انرژی اتمی (AEC) اداره شد. در نتیجه، سه قرارداد AEC و دو قرارداد از طریق ناسا وجود داشت. نقش AEC در ایجاد یک جامعه پژوهشی قوی مواد از زمان ظهور رآکتورهای هسته ای و اهمیت مواد در هزینه‌های رآکتور، بازده و ایمنی شناخته شده‌است. در سال ۱۹۵۵ جان فون نویمان، ریاضیدان مشهور و مشارکت کننده در پروژه منهتن، در نقش او به عنوان کمیسیون AEC و عضو کمیته مشورتی عمومی AEC، به شدت از یک مؤسسه متمرکز بر مواد در محیط دانشگاهی حمایت کرد. .</ref>
تأثیر IDLها بر آموزش دانشجویان قابل توجه بود. تا سال ۱۹۶۹ بیش از ۳۶۰ مدرک دکتری جدید اعطا شد. گزارش آکادمی ملی علوم به این نتیجه رسید که این برنامه‌های مبتنی بر مرکز، در تعریف «علوم و مهندسی مواد» به عنوان یک فعالیت بین رشته‌ای جدیدی که از طریق افزایش سریع بخش‌های علوم مواد بین سال‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ و فراتر از آن اثرگذار بود، نقش مهمی داشت. علاوه بر این، برای ساختن زیرساخت‌های جدید این مراکز برتری، منجر به آموزش دانشمندان مواد، بلکه فیزیکدانان، شیمیدانان، مهندسان و متخصصین دیگر شد. .</ref></ref>
مطالعهٔ آکادمی ملی نشان داد که هرچند IDLها موفق بودهاند، اما برای رشد همکاری میان رشته‌ای میان اعضای هیئت علمی از ادارات مختلف دانشگاه وجود دارد. با این حال، تصدیق شد که بودجه واحد مشترک و استفاده مشترک از امکانات تجربی مشترک توسط دانش آموزان و اعضای هیئت علمی از بخش‌های مختلف، دانه‌هایی برای افزایش بین رشته‌ای در تحقیقات مواد را کاشت.</ref></ref>

تأثیر IDLها / MRLها در دیگر مراکز NSF

در اواسط دهه ۱۹۸۰، همگرائی از تعدادی از روند مطلوب برای موسسات فعالیت‌های مرکز مبتنی بر NSF در طیف وسیعی از زمینه‌های مختلف دیده شد. علاقه شدید به سرمایه‌گذاری‌های دولتی در علوم پایه ای بود که می‌توانست با استفاده از منابع مالی از صنعت و سایر منابع توانمند شود. علاوه بر این، نقش تیم‌های چند رشته‌ای در انجام تحقیق و آموزش دانشجویان به‌طور گسترده‌ای قدردانی شد.</ref> اولین ابتکار جدید مبتنی بر مراکز در NSF، ایجاد مراکز تحقیقات مهندسی (ERCs) در سال ۱۹۸۵ بود. گرچه نقش سابق ۲۵ ساله در مورد تأمین مواد آزمایشگاهی در آماده کردن دانشگاه‌ها برای قبول نقش گسترده‌تر در انجام پژوهش‌های بین رشته‌ای برای ایجاد انواع جدید مراکز مهم بود، این ارتباط تاریخی به‌طور گسترده‌ای مورد قدردانی قرار نگرفت. هر دو NSF و دفتر سیاست‌های فناوری علمی، ایجاد ERCها را به عنوان مهم‌ترین ابتکار جدید در سال ۱۹۸۵ برای استفاده از وجوه NSF مشاهده کردند. شرح زیر از اعلام برنامه ERC در سال ۱۹۸۵ روشن است:
"جورج A. Keyworth II، مشاور ریاضی ریگان و مدیر دفتر سیاست‌های فناوری علم، اشاره به ایجاد ERC توسط بنیاد ملی علوم به عنوان: تنها مهم‌ترین چیزی است که ما به عنوان یک دولت در افزایش کارایی و کارایی دلار و R & D فدرال. وی گفت که این مراکز به نیازهای شناخته شده در زمینه علوم مختلف و علم و فناوری پاسخ می‌دهند: «ادامه دادن به مرزها در این زمینه‌ها به دلیل پیچیدگی تیم‌های چند رشته‌ای برای کار بر روی مشکلات محدود شده‌است. دانشگاه‌های ما، قابل توجیه و قابل درک بودن، ساختار یافته‌اند به دنبال تحقیقات انضباطی از سوی دیگر، ما به طور فزاینده ای خود را به عنوان یک کشور مقابله با حل مسائل که راه حل‌های مبتنی بر تکنولوژی را در بر می‌گیرند پیدا می‌کنیم. ما باید جوانان ما را به یک محیط حل مسئله تبدیل کنیم … این مراکز - به جای مراجعه به مراکز علمی و فناوری - مکانی چند رشته‌ای هستند که از طریق آن شیمیدانان، فیزیکدانان، متخصصان نوروبیولوژی، مهندسین و غیره می‌توانند با یکدیگر همکاری کنند و مشکلاتی را حل کنند که در عین حال دشوار است. "</ref></ref>
ویلیام اوج بیکر (Mark William O. Baker) اشاره کرد که نظرات فوق در مورد پتانسیل اقتصادی ERCها تقریباً همانند کسانی است که IDLهای اولیه را در اوایل دهه ۱۹۶۰ توصیف می‌کنند. بیکر نتیجه می‌گیرد که «در حقیقت طراحیش را پیدا کرده‌است تا چنین توافق کنونی را درمورد این مفهوم پیدا کند که بخش بزرگی از بهترین استعدادهای آکادمیک را به خود اختصاص داده‌است.»
اولین شش جایزه ERC در سال ۱۹۸۵ ساخته شد. این جوایز به‌طور کلی برای پنج سال به طول می‌انجامید و یک سال دیگر تمدید ۵ ساله برای کل بودجه ۱۰ ساله. در همان سال، NSF جوایز پنج ساله را برای پنج مرکز ابرکامپیوتر ساخت و برنامه‌هایی برای توسعه یک برنامه برای مراکز علمی و فناوری (STC) ایجاد کرد که در نهایت تمام قسمت‌های برنامه‌های NSF را لمس کرد. اولین 11 STC در سال ۱۹۸۸ تأسیس شد. ۱۳ مرکز که متعلق به کلاس 2013 STC هستند، طیف گسترده‌ای از موضوعات را شامل مطالعات مغز و هوش و مدل‌سازی فرایندهای اتمسفر به مطالعه مواد کوانتومی می‌کنند.</ref>
با توجه به نگرانی‌های مربوط به تأثیرات بر تأمین مالی مرکز در مراسم تحلیف فردی، هیئت علمی ملی نیازمند دریافت جوایز مرکز نمی‌باشد. از زمان تأسیس ERCها و STCها تعداد زیادی از مراکز دیگر در همه رشته‌های اصلی NSF ایجاد شده‌است و در حال حاضر یک عنصر ضروری از نمونه‌های تأمین مالی NSF را تشکیل می‌دهند.