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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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Making New Materials an Atomic Layer at a Time

Researchers at Penn State’s Center for 2-Dimensional and Layered Materials and the University of Texas at Dallas have shown the ability to grow high quality, single-layer materials one on top of the other using chemical vapor deposition.

 This highly scalable technique, often used in the semiconductor industry, can produce new materials with unique properties that could be applied to solar...

18.04.2014 | nachricht Nachricht

Dünnstmögliche Membran hergestellt

Eine neue Nano-Membran aus dem «Wundermaterial» Graphen ist extrem leicht und atmungsaktiv. Nicht nur eine neue Generation von funktioneller Regenbekleidung, sondern auch ultraschnelles Filtrieren könnte damit möglich werden. Die Membran der ETH-Forschenden ist so dünn, wie es technisch nur geht.

Forschende haben eine stabile poröse Membran hergestellt, die dünner ist als ein Nanometer. Das ist hunderttausendmal weniger als der Durchmesser eines...

18.04.2014 | nachricht Nachricht

Surprising material could play role in saving energy

Researchers discover tin selenide is best at converting waste heat to electricity

One strategy for addressing the world's energy crisis is to stop wasting so much energy when producing and using it, which can happen in coal-fired power...

17.04.2014 | nachricht Nachricht

An abundant and inexpensive water-splitting photocatalyst with low toxicity

Researchers at Japan's National Institute for Materials Science have discovered a new photocatalyst, Sn3O4, which facilitates the production of hydrogen fuel from water, using sunlight as an energy source.

Technology that allows the direct conversion of sunlight, an ultimate renewable energy, into chemical energies (i.e., fuels) that can be condensed and...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

World's first successful visualisation of key coenzyme

Japanese researchers have successfully developed the world's first imaging method for visualising the behaviour of nicotine-adenine dinucleotide derivative (NAD(P)H), a key coenzyme, inside cells. This feat could ultimately facilitate the diagnosis of cancer and liver dysfunction and help to elucidate the mechanisms of neurological disorders.  

A Japanese research team led by Drs. Hirokazu Komatsu and Katsuhiko Ariga of the International Center for Materials Nanoarchitectonics, in collaboration with...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

Identifying the complex growth process of strontium titanate thin films

Researchers at Japan's National Institute for Materials Science (NIMS) and Advanced Institute for Materials Research (AIMR) have achieved the first successful atomic-level observation of growing strontium titanate thin films.

Led by Assistant Professor Takeo Ohsawa of NIMS and Associate Professor Taro Hitosugi of Tohoku University's AIMR, a research team has developed a new advanced...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

Nasse Atome: Oberflächenstrukturen störungsfrei abbilden

Mainzer Physiker macht atomare Strukturen von Oberflächen auch in zähen Flüssigkeit sichtbar. Neue Messtechnik hilft bei Entwicklung von Brennstoffzellen.

Stefan Weber, Physiker am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P), hat eine Methode entwickelt, mit der die Struktur von Oberflächen in verschiedenen...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

Scheinbar paradoxe Bindung organischer Halbleiter

Je stärker die Bindung zwischen den Partnern, desto enger rücken sie zusammen. Das gilt nicht nur für Mensch und Tier, sondern auch für die Welt der Atome und Moleküle. Wissenschaftler aus Jülich und Graz beschreiben in der Fachzeitschrift Nature Communications (doi: 10.1038/ncomms4685) nun einen Fall, der sich entgegengesetzt verhält.

Der organische Halbleiter PTCDA bewegt sich von einer Metalloberfläche weg, wenn man ihn mit einem anderen Halbleitermaterial – nämlich Kupferphthalocyanin...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

Repeated Self-Healing Now Possible in Composite Materials

Researchers at the Beckman Institute for Advanced Science and Technology at the University of Illinois at Urbana-Champaign have created a 3D vascular system that allows for high-performance composite materials such as fiberglass to heal autonomously, and repeatedly.

Internal damage in fiber-reinforced composites, materials used in structures of modern airplanes and automobiles, is difficult to detect and nearly impossible...

16.04.2014 | nachricht Nachricht

KorroPad: Neuer Schnelltest für Oberflächen nichtrostender Stähle

KorroPad heißt ein neuer an der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung entwickelter Farbschnelltest, mit dem die Oberflächen nichtrostender Stähle schnell, preiswert und vor allem auch von Nicht-Fachleuten überprüft werden können.

Die Freude an so mancher Konstruktion oder an Bauteilen aus Edelstahl ist manchmal schon nach kurzer Zeit dahin. Statt metallischem Glanz sind nach wenigen...

15.04.2014 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

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Mit empfindlichen Messungen lassen sich Signale eines einzelnen Ions in einem Kristall registrieren

Als Kandidat für einen Quantenspeicher positioniert sich ein vielversprechendes Material. Einem Team des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts in...

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Studie stellt bisheriges Wissen über Salpetrige Säure (HONO) auf den Kopf

HONO, auch als Salpetrige Säure bekannt, galt bislang als eine bedeutende Quelle für Hydroxyl-Radikale (OH), das Waschmittel für die Selbstreinigung der Luft....

Im Focus: The malaria pathogen’s cellular skeleton under a super-microscope

A first step towards tailor-made drugs against the infectious disease

The tropical disease malaria is caused by the Plasmodium parasite. For its survival and propagation, Plasmodium requires a protein called actin. Scientists of...

Im Focus: Mit Neutronen auf der Suche nach der Dunklen Energie

Nicht nur am großen Teilchenbeschleuniger, sondern auch am Labortisch macht man sich heute auf die Suche nach neuen Teilchensorten: Die Gravitations-Resonanz-Methode, entwickelt an der TU Wien, erweitert den Gültigkeitsbereich der Newton’schen Gravitationstheorie und schränkt Parameterbereiche für hypothetische Teilchen hunderttausendfach stärker ein als bisher.

Alle Teilchen, die wir heute kennen, machen nur fünf Prozent der Masse und Energie im Universum aus. Der große Rest – die „Dunkle Energie“ und die „Dunkle...

Im Focus: Key milestone for brown fat research with a ground-breaking MRI scan

The first MRI scan to show 'brown fat' in a living adult could prove to be an essential step towards a new wave of therapies to aid the fight against diabetes and obesity.

Researchers from Warwick Medical School and University Hospitals Coventry and Warwickshire NHS Trust used a magnetic resonance imaging (MRI) based method to...

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Lebensdauer von Wälzlagern erhöhen

18.04.2014 | Veranstaltungen

Frühjahrsputz im Sommer – Noch einmal alles in die Reinigung!

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