一、能源材料

主要研究太阳能电池、能量贮存、经济和环境材料选择、高级能量转换的基础、固态元件和能量转换、材料的能量贮存、能量和材料制定政策、未来能源系统材料。

应用最为广泛，也最常见的就是太阳能电池板了。

计算材料科学

交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科。这个领域主要是理论研究，申请的人比较少，竞争不激烈。

这个领域PhD学习难度比较大，完成学位的时间比较长，最短也要5年，一般都是6年。就业前景一般，职位一般集中于美国几个大型的国家实验室，如：橡树岭(Oak Ridge)国家实验室等。

金属材料

材料领域最古老最传统的方向，主要学习包括金属和以金属为基的合金，如钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属，它们的微观结构对材料力学和物理性能影响，合金中不同成份比例对材料硬度、韧性、拉伸强度的影响。

四、高分子材料和聚合物

高分子材料是当今世界发展最迅速的产业之一，高分子材料已广泛应用到电子信息、生物医药、航天航空、汽车工业、包装、建筑等各个领域。

研究内容包括活性聚合、新材料的合成与开发、聚合物结构与性能、反应性加工、先进复合材料及应用、超细材料及纳米材料、生物材料、新型功能材料、化学建材和化学纤维等。

电子、光学和磁性材料

主要研究光学与光谱学、液晶、聚合物二级管、光电池和光子晶体、半导体材料和装置、磁存储器、磁性薄膜及磁性发电机装置、压电晶体的表面和界面特性。

主要课程有量子力学、材料化学、势力学及阶段均衡、结构固定的缺点、材料的机械性能、电子学、热力学、非结晶固定、高分子物理、材料成像、电子电磁材料。

该专业在很多学校都是在EE下面，作为materials Science 与EE 的交叉学科，所以光电和磁学物理的同学可以直接申请。

无机非金属材料

无机非金属材料是三大基础材料之一，包括结构陶瓷、功能陶瓷、日用陶瓷，耐火材料、玻璃、水泥等。

研究内容主要包括固体电解质材料的制备，结构和性能研究;结构陶瓷的制备，组织结构和性能的研究;磁性材料、电性材料、压电陶瓷、半导体陶瓷等功能材料的制备和研究;古陶瓷和日用陶瓷的研究和开发;高温陶瓷、耐火材料的制备和开发等。

该专业方向比金属材料难申请。

近几年，陶瓷领域的发展比金属材料要迅速很多，例如，高温超导陶瓷材料的发现对经济产生了比较大的影响，目前在这个领域的研究非常活跃。因此这个申请方向比金属材料竞争激烈，将来就业主要是在科研机构搞研究。

复合材料

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

纳米材料

纳米科技的内容包含纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工学、纳米光子学、纳米检测与表征。

而纳米材料与技术又是这些分支学科的共同交点，是纳米科技的核心和基础。

通常纳米材料与半导体材料相关，与EE高度重合，申请这个方向的同学可以去关注学校的EE 方向是否有相关的分支。

九、生物材料

主要研究碳纳米管的合成及自然材料的特征、无机材料的合成、有机和生物材料化学、材料加工、材料热力学、生物应用材料、分子细胞和生物力学、材料力学和生物材料、材料成像。

在研究过程中也会和仿生学相结合，比方说人造骨骼和人造肌肉。