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Materialwissenschaft - ein interdisziplinärer Forschungszweig

Die Materialwissenschaft beschäftigt sich mit Erforschung, Entwicklung, Charakterisierung, Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffe.

Materialwissenschaft - die Basis

Es ist eine interdisziplinäre Wissenschaft und umfasst Chemie, Physik, Mineralogie und viele anderen Wissenschaften und beschäftigt sich damit verbunden auch mit Kupfer, Eisen und Stahl. Der Übergang von den natürlichen Werkstoffen, wie Stein, Holz, Elfenbein oder Leder zu den gezielt gewonnenen Werkstoffen wie Kupfer, Stahl oder Eisen. Schon in der Jungsteinzeit, so um 4300 v. Chr., wurden Kupfer, Stahl und Eisen gewonnen. Im Anschluss daran ist der Übergang in die Bronzezeit erfolgt und erst in der Eisenzeit konnte neben Eisen, Stahl und Kupfer auch Aluminium hergestellt werden - mit dem Hall-Héroult-Prozess. Lange haben sich die Materialwissenschaften fast nur für die metallischen Werkstoffe, wie Eisen, Kupfer oder Stahl interessiert, doch seit der Beton wiederentdeckt worden ist, hat sich dies geändert. Obwohl dann später auch die ersten produzierten Kunststoffe für ein breites Publikum interessant wurden, die in Massenfertigung produziert worden sind, blieben Eisen, Kupfer und Stahl weiterhin von den Materialwissenschaften erforscht.

Die ersten Metalle und die alten Zeiten

Kupfer, Stahl und Eisen waren einige der ersten Metalle, die von der Menschheit in der Entwicklung kennen gelernt worden sind. Kupfer lässt sich sehr unkompliziert verarbeiten. Deswegen war Kupfer schon vor 10.000 Jahren bei den ältesten Kulturen, die man kennt, gerne verwendet. Die Epoche des weiträumigen Gebrauchs vom Kupfer (5. bis 3. Jahrtausend vor Christus) nennt sich Kupferzeit. In der Alchemie assoziieren die Anhänger das Kupfer mit Venus, als Symbol der Weiblichkeit. Sogar die ersten Spiegel wurden aus Kupfer hergestellt. Der größte Hersteller vom Kupfer vor der Industrie war das Römische Reich. Kupfer ist noch heute ein sehr beliebtes Material.

Stahl - stabil und zuverlässig

Mit Stahl sammelt die Menschheit schon lange praktische Erfahrung, denn Stahl wird mit seinen stabilen Eigenschaften, wie Festigkeit, Korrosionsverhalten und die gute Schweißeignung sehr gerne in der Technik verwendet. Es ist viel stabiler als Kupfer. Im europäischen Register vom Stahl findet man mehr als 2.300 Sorten vom Stahl. Kohle und Stahl haben über einen sehr langen Zeitraum die Hauptsäulen der Schwerindustrie gebildet und waren so die Grundlage für die politische Macht der Staaten. Stahl wird als die Eisen Kohlenstoff-Legierung definiert, mit weniger als 2,06 % Kohlenstoff. Stahl bzw. Eisen ist 7,85-7,87 g/cm3 dicht. Stahl schmilzt bei einer Temperatur, die bis zu 1.536°C hoch sein kann und hält dadurch viel höhere Temperaturen aus als Kupfer. Die erste Herstellung von Stahl wurde im 1. Jahrtausend v. Chr. datiert - viel später, als Kupfer. Stahl ist auch im Sinne der Ökologie ein schonendes Material, weil man Stahl fast ohne Qualitätsverlust unbegrenzt wieder nutzen kann.

Eisen - von Dekoration zur allgemeinen Nützlichkeit

Die erste Nutzung von Eisen wurde mit etwa 4000 v. Chr. in Ägypten dokumentiert. Es war ein gediegenes Eisen und es diente zur Dekoration und Anfertigung von Speerspitzen. Es ist für solche Zwecke besser geeignet gewesen als Stahl oder Kupfer. Später findet man verhüttetes Eisen in Mesopotamien, und Ägypten, welches aber nur zur zeremoniellen Nutzung gedacht war. Vielleicht entstand Eisen als Nebenprodukt der Bronzeherstellung. In den Jahren 1600 bis 1200 v. Chr. hat man immer mehr auf Eisen gezählt, eril die Hethiter eine Methode zur Herstellung von Eisen entwickelt haben. Eisen ist vermutlich neben Nickel ein Hauptbestandteil des Erdkerns. Eisen gewinnt man durch die chemische Reduktion der Eisenerze mit Kohlenstoff. Das Eisen wird, im Gegensatz zu Stahl oder Kupfer, im Hochofen gewonnen.

Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung - d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung - von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

News zu Materialwissenschaften:

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New Multiferroic Materials from Building Blocks

A research group in Japan successfully developed room temperature multiferroic materials by a layer-by-layer assembly of nanosheet building blocks. Multiferroic materials are expected to play a vital role in the development of next-generation multifunctional electronic devices.

A research group led by principal investigator Minoru Osada and fellow Takayoshi Sasaki, International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National...

29.09.2016 | nachricht Nachricht

Silicon Fluorescent Material Developed Enabling Observations under a Bright “Biological Optical Window”

Toward the Realization of Deep-Level Bioimaging without Using Toxic Elements or UV Light

Researchers in Japan developed a silicon fluorescent material that is very low in toxicity and high in luminescence efficiency, compared to conventional...

29.09.2016 | nachricht Nachricht

Europaweit einzigartige Faserpilotanlage geplant

Vor gut eineinhalb Jahren wurde der Neubau des Fraunhofer-Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau HTL am Standort Bayreuth in Betrieb genommen. Nun ist bereits ein Erweiterungsbau geplant: eine in Europa einzigartige Pilotanlage zur Herstellung keramischer Verstärkungsfasern. Die Baumaßnahme wird vom Bund, vom Freistaat Bayern sowie von der Fraunhofer-Gesellschaft mit insgesamt 20 Millionen Euro finanziert.

Weltweit besteht eine hohe Nachfrage nach hochtemperaturbeständigen und schadenstoleranten Materialien, weil diese die Energieeffizienz von...

29.09.2016 | nachricht Nachricht

Innovate coating extends the life of materials for industrial use

Is a paint that provides flexibility and transparency can be used in glass, plastic or steel and provides twice the life than traditional substances

Given the need for corrosion resistant materials and wastage, researchers from the Autonomous University of Puebla (BUAP) developed a coating that increases...

28.09.2016 | nachricht Nachricht

Forschern gelingt Umformung von Hybridrohren aus Aluminium und Stahl

Stahl und Aluminium lassen sich gemeinsam umformen, dies haben Forscher aus Hannover gezeigt. Mittels Laserlöten haben sie Rohre aus verschiedenen Werkstoffen gefügt und diese mit Innenhochdruck umgeformt, ohne dass die Verbindung gebrochen ist. Mit dieser Technologie lassen sich in Zukunft besonders leichte Bauteile für Fahrzeugkarosserien herstellen. Auf der EuroBLECH stellen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse erstmals einer breiten Öffentlichkeit vor.

Mit der Innenhochdruckumformung von Hybridrohren – sogenannten Tailored Hybrid Tubes – haben die Forscher erstmals zwei Leichtbau-Ansätze verbunden: Zum einen...

27.09.2016 | nachricht Nachricht

Stronger turbine blades with molybdenum silicides

Researchers at Kyoto University have found that molybdenum silicides can improve the efficiency of turbine blades in ultrahigh-temperature combustion systems.

Gas turbines are the engines that generate electricity in power plants. The operating temperatures of their combustion systems can exceed 1600 °C. The...

26.09.2016 | nachricht Nachricht

Scientists Find Twisting 3-D Raceway for Electrons in Nanoscale Crystal Slices

Mysterious quantum properties in material crafted at Berkeley Lab point to new applications in electronics.

Researchers have created an exotic 3-D racetrack for electrons in ultrathin slices of a nanomaterial they fabricated at the Department of Energy’s Lawrence...

26.09.2016 | nachricht Nachricht

Lowering the Heat Makes New Materials Possible While Saving Energy

A new technology developed by Penn State researchers, called Cold Sintering Process (CSP), has opened a window on the ability to combine incompatible materials, such as ceramics and plastics, into new, useful compound materials, and to lower the energy cost of many types of manufacturing.

Ceramics is the oldest known man-made material, dating back tens of thousands of years. Throughout that time most all ceramics have been made by heating them...

26.09.2016 | nachricht Nachricht

Ressortforschungseinrichtungen wollen Nanomaterialien sicherer und umweltverträglicher machen

Gemeinsame Forschungsstrategie setzt neue Schwerpunkte bis 2020

Die Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) hat zusammen mit der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), dem Bundesinstitut...

26.09.2016 | nachricht Nachricht

Combining the elements palladium and ruthenium for industry

Fabricating palladium-ruthenium nanoparticles could lead to improved industrial processes.

The chemical elements palladium (Pd) and ruthenium (Ru) are both used separately in the chemical industry. For a long time, researchers have thought that...

22.09.2016 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Experimentalphysik - Protonenstrahlung nach explosiver Vorarbeit

LMU-Physiker haben mit Nanopartikeln und Laserlicht Protonenstrahlung produziert. Sie könnte künftig neue Wege in der Strahlungsmedizin eröffnen und bei der Tumorbekämpfung helfen.

Stark gebündeltes Licht entwickelt eine enorme Kraft. Ein Team um Professor Jörg Schreiber vom Lehrstuhl für Experimentalphysik - Medizinische Physik der LMU...

Im Focus: Der perfekte Sonnensturm

Ein geomagnetischer Sturm hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Jahrzehnte rätselte die Forschung, wie hoch energetische Partikel, die auf die Magnetosphäre der Erde treffen, wieder verschwinden. Jetzt hat Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Universität Potsdam mit einem internationalen Team eine Erklärung gefunden: Entscheidend für den Verlust an Teilchen ist, wie schnell die Partikel sind. Shprits: „Das hilft uns auch, Prozesse auf der Sonne, auf anderen Planeten und sogar in fernen Galaxien zu verstehen.“ Er fügt hinzu: „Die Studie wird uns überdies helfen, das ‚Weltraumwetter‘ besser vorherzusagen und damit wertvolle Satelliten zu schützen.“

Ein geomagnetischer Sturm am 17. Januar 2013 hat sich als Glücksfall für die Wissenschaft erwiesen. Der Sonnensturm ermöglichte einzigartige Beobachtungen, die...

Im Focus: New welding process joins dissimilar sheets better

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of light metals.
Scientists at the University of Stuttgart have now developed two new process variants that will considerably expand the areas of application for friction stir welding.
Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH supports the University of Stuttgart in patenting and marketing its innovations.

Friction stir welding is a still-young and thus often unfamiliar pressure welding process for joining flat components and semi-finished components made of...

Im Focus: Neuer Schalter entscheidet zwischen Reparatur und Zelltod

Eine der wichtigsten Entscheidungen, die eine Zelle zu treffen hat, ist eine Frage von Leben und Tod: kann ein Schaden repariert werden oder ist es sinnvoller zellulären Selbstmord zu begehen um weitere Schädigung zu verhindern? In einer Kaskade eines bisher wenig verstandenen Signalweges konnten Forscher des Exzellenzclusters für Alternsforschung CECAD an der Universität zu Köln ein Protein identifizieren (UFD-2), das eine Schlüsselrolle in dem Prozess einnimmt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Structural & Molecular Biology veröffentlicht.

Die genetische Information einer jeden Zelle liegt in ihrer Sequenz der DNA-Doppelhelix. Doppelstrangbrüche der DNA, die durch Strahlung hervorgerufen werden...

Im Focus: Forscher entwickeln quantenphotonischen Schaltkreis mit elektrischer Lichtquelle

Optische Quantenrechner könnten die Computertechnologie revolutionieren. Forschern um Wolfram Pernice von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster sowie Ralph Krupke, Manfred Kappes und Carsten Rockstuhl vom Karlsruher Institut für Technologie ist es nun gelungen, einen quantenoptischen Versuchsaufbau auf einem Chip zu platzieren. Damit haben sie eine Voraussetzung erfüllt, um photonische Schaltkreise für optische Quantencomputer nutzbar machen zu können.

Ob für eine abhörsichere Datenverschlüsselung, die ultraschnelle Berechnung riesiger Datenmengen oder die sogenannte Quantensimulation, mit der hochkomplexe...

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Das Heidelberg Laureate Forum: Eine Veranstaltung mit Zukunft

29.09.2016 | Veranstaltungen

Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane - Oktober 2016

29.09.2016 | Veranstaltungen

EEHE 2017 – Strom statt Benzin. Experten diskutieren die Umsetzung neuester Fahrzeugkonzepte. Call vor Papers endet am 31.10.2016!

28.09.2016 | Veranstaltungen

 
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Schwerste Atome im Rampenlicht

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K 2016: Von OLED-Verkapselung bis Plagiatschutz

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