北京工业大学材料科学与工程学科是首批国家“211”工程和北京市重点建设学科，2000年获批材料科学与工程一级学科博士点和博士后流动站，2001年获批材料学国家级重点学科，2008年获批北京市重点学科“资源环境及循环经济”交叉学科，2010年获批教育部首批“资源循环科学与工程”战略性新兴产业本科专业，2012年获批全国首个“资源环境与循环经济”交叉专业博士点。2018年获批建设“纳米材料与技术”本科专业；同年启动与北京科技大学结对开展北京高校学科共建工作。2019年获批建设北京高校高精尖学科。2021年获批博士专业学位授权点。
该学科依照学校“立足北京、服务北京、辐射全国、面向世界”，以瞄准国际前沿、解决国家急需，服务京津冀、践行绿色发展为战略定位，以“资源节约、环境友好”为特色引领，以前沿需求和重大工程为目标导向，构建了具有鲜明特色的学科体系，形成了有特色优势的生态环境材料与资源循环、难熔金属与稀土材料、轻合金材料与成形、新能源材料与应用技术、材料微结构与性能及先进表征技术、焊接与表面工程六大学科方向。
方向一：生态环境材料与资源循环
生态环境材料与资源循环技术是工业领域碳达峰碳中和的重要技术途径，循环经济政策研究是实现双碳目标的重要保障。本方向面向我国生态文明建设和绿色低碳高质量发展的重大需求，立足北京市国际科技创新中心建设定位，发挥本学科材料生命周期环境友好的优势基础，开展基于大数据技术的材料生命周期物质-能量-环境关联机制、工业流程节能减污降碳原理、稀缺稀贵资源高效高质循环理论研究，发展丰富生态环境材料学科理论体系。开发材料生态设计及其评价、大宗建材工业流程环境负荷诊断和节材节能减污降碳多维协同优化、稀缺稀贵资源替代和高质循环技术，推动材料全生命周期理论技术的工业化和工程化应用，支撑材料工业绿色低碳发展。开展循环经济技术-政策-模式一体化研究，形成循环系统多目标综合调控与协同优化策略，制定技术标准及商业推广模式。
方向二：难熔金属与稀土材料
难熔金属和稀土是我国具有国际话语权的重要战略资源和优势领域，是支撑新一代信息技术、航空航天装备、先进轨道交通、精密加工制造等高新技术领域的核心材料。本方向开展难熔金属与硬质合金、稀土磁性材料和数据驱动新型稀土材料等研究。致力于难熔金属与硬质合金组织结构的高温稳定，解决硬度、强韧性、耐磨耐蚀性协同提升的关键科学技术问题，实现新型纳米结构难熔金属与硬质合金的稳定高性能化。开展应用于电真空器件阴极及其附件的稀土/难熔金属材料的研发，突破民用技术瓶颈。结合数据驱动新方法和多尺度高通量计算，设计开发领域急需的高温用新型高性能稀土功能材料。研制具有超高磁能和优异使役性能的新型稀土永磁材料，开发耐高温稀土永磁的工程化技术并制造装备，开发稀土永磁二次资源绿色再生工程化新技术和新装备。
方向三：轻合金材料与成形
针对我国高端装备升级和新兴领域关键材料需求，发挥原创新材料的技术优势，加速转化实现自主可控发展。从原子层次上研究铝合金中主合金元素与微合金化元素匹配关系、微量元素的复合微合金化作用机制，探讨高温稳定析出相协同调控微观组织结构机理，通过复合微合金化技术对铝合金组织演变过程进行动力学控制和微观结构精细调整，获得具有高综合性能的新型铝合金材料。开展高导热镁合金、碳材料增强镁基复合材料、生物医用镁合金的研发，建立溶质原子、晶粒、第二相、织构等精细结构对电子/声子迁移速率和镁合金腐蚀速率的影响规律，开展超高强韧Mg-Gd-Er系合金板（型）材的产业化技术研发。研制耐650℃以上耐高温易成形的钛基复合材料，开发工业应用级钛合金材料成形成性理论与工艺规范，为航天发展助力。
方向四：新能源材料与应用技术
面向国家“双碳”工程的发展需求，重点开展高效安全/环境友好的纳米/半导体能源材料技术、能量转换与存储材料以及氢能与燃料电池、多能互补系统的基础与应用研究，探索高温超导机制和二硼化镁等新型超导材料。致力于发展纳米尺度调制以及与半导体能带工程协同的高效能源材料设计及其低碳制备工艺与高性价比器件，保持在硅基太阳能光伏技术领域的领先优势；致力于提高能量存储材料与器件自主设计制备能力，实现电极等关键材料创新并开发高性能动力型及储能型锂离子电池，发展高安全固态电池及关键材料，研究“后锂”时代新型二次电池关键材料与器件；致力于开发绿氢制备、储运与应用关键材料，突破综合能源系统高效集约化与智能化的关键技术以及电磁能转换效率瓶颈。
方向五：材料微结构与性能及先进表征技术
面向光电转换材料、催化材料、储能材料等先进功能材料和轻质合金、高温合金等高性能结构材料的核心科学问题，重点研发高时空分辨的成像、衍射及谱学相关的显微分析技术等先进研究方法，发展具有特色的电子显微学表征方法和原位研究技术，从介观到（亚）原子尺度开展科学研究，探求材料的组成、显微结构与性能之间的关系。开发气、液环境和力、热、电、光等多种外场作用下的原位显微学表征方法，实现材料结构及性能演化规律的动态实时表征，在接近服役条件下揭示材料的结构与性能关联机制，为材料优化设计提供理论支撑。
方向六：焊接与表面工程
针对国家和京津冀地区先进制造业和战略性新兴产业发展的重大需求，开展焊接与表面工程技术的基础理论、前沿技术与创新应用研究。重点研究：（1）微连接与电子封装。研究微细尺度材料连接的特性，微连接新方法，微细材料连接界面行为，微电子封装结构在极端服役条件下可靠性预测与材料设计，以及电子废弃物资源化理论与技术。（2）材料连接理论与技术。研究新型焊接材料、焊接过程理论、先进焊接技术、焊接结构可靠性与质量评价、新材料及异种材料连接理论与技术等。研制用于焊接及增材制造用特种芯丝和合金粉末。（3）材料表面工程技术。研究材料表面工程核心关键与共性技术、高性能涂层材料、制备工艺及工程化验证，在热喷涂、堆焊、激光熔覆、耐磨铸件等方面形成具有自主知识产权的表面工程技术和产品。（4）先进铝合金焊接工程化应用技术。开发针对本学科自主产权的新型微合金化铝合金焊接材料及工艺技术，构建铝合金焊接应用评价体系，面向国家重大装备需求形成工程化应用技术。
