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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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Stopping problem ice -- by cracking it

By manipulating substructures in a special silicone coating, researchers have reduced the ability of ice to stick to a surface to record lows

Scientists and engineers have been waging a quiet but determined battle against an unlikely problem: the build-up of ice on different structures.

21.09.2017 | nachricht Nachricht

New biomaterial could replace plastic laminates, greatly reduce pollution

An inexpensive biomaterial that can be used to sustainably replace plastic barrier coatings in packaging and many other applications has been developed by Penn State researchers, who predict its adoption would greatly reduce pollution.

Completely compostable, the material -- a polysaccharide polyelectrolyte complex -- is comprised of nearly equal parts of treated cellulose pulp from wood or...

21.09.2017 | nachricht Nachricht

Robust and functional – surface finishing by suspension spraying

With thermally sprayed particle suspensions, previously unattained layer qualities can be achieved. The complete solution for surface finishing of heavily stressed components is now being put into practice by Fraunhofer researchers from Dresden. Industrial applications benefit from increased process stability and reliability.

Rollers with precise printing performance in the paper industry or offshore equipment in aggressive saltwater – coatings protect these components even under...

19.09.2017 | nachricht Nachricht

Digging sensors out of an efficiency hole

The key to ultrathin high-efficiency sensors and solar cells could be materials covered with tiny trenches.

Future ultrathin solar cells and light sources could have their surfaces covered by tiny trenches, after A*STAR researchers found such structures enhance...

19.09.2017 | nachricht Nachricht

Graphene and other carbon nanomaterials can replace scarce metals

Scarce metals are found in a wide range of everyday objects around us. They are complicated to extract, difficult to recycle and so rare that several of them have become "conflict minerals" which can promote conflicts and oppression. A survey at Chalmers University of Technology now shows that there are potential technology-based solutions that can replace many of the metals with carbon nanomaterials, such as graphene.

They can be found in your computer, in your mobile phone, in almost all other electronic equipment and in many of the plastics around you. Society is highly...

19.09.2017 | nachricht Nachricht

Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung

Der Plastikmüll in den Weltmeeren ist ein stetig wachsendes Problem. Das Forschungsinstitut für Textil und Bekleidung (FTB) der Hochschule Niederrhein ist jetzt an einem Verbundprojekt beteiligt, das Lösungsansätze im Bereich der Sport- und Outdoortextilien verfolgt. Konkret geht es um die Verschmutzung durch winzige textile Fasern, die sich beim Waschen lösen und mit dem Abwasser letztlich in die Weltmeere gelangen können. Sie sind mit dem bloßen Auge nicht erkennbar, schädigen marine Lebewesen und reichern sich in der Nahrungskette an.

Am 1. September 2017 fiel der Startschuss für das Verbundprojekt „TextileMission“. Das Projekt läuft über einen Zeitraum von drei Jahren und wird vom...

18.09.2017 | nachricht Nachricht

Test strips for cancer detection get upgraded with nanoparticle bling

The most common test strip people might think of for diagnosis is a home pregnancy test. Pregnant women have steadily increasing levels of the biomarker human chorionic gonadotropin (hCG), which is easily detectable in urine and a thin, colorful strip of antibodies will appear when hCG is present.

However, there's a lot more hCG in pee than there is of cancer biomarkers in blood. Identifying minute concentrations is the greatest challenge of test strips...

14.09.2017 | nachricht Nachricht

Artificial 'skin' gives robotic hand a sense of touch

UH researchers discover new form of stretchable electronics, sensors and skins

A team of researchers from the University of Houston has reported a breakthrough in stretchable electronics that can serve as an artificial skin, allowing a...

14.09.2017 | nachricht Nachricht

Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie

Hohe Werkzeugkosten und eine unzureichende Bauteilfestigkeit verhindern heute noch oft die wirtschaftlich effiziente Produktion belastungsfähiger, individualisierter Produkte. Zur Herstellung solcher Produkte könnte daher schon in naher Zukunft ein kombiniertes Fertigungsverfahren aus 3D-Druck und Faserverbund-Technologie zum Einsatz kommen: 3D-Druck für die maximale Flexibilität in Form und Funktion und ein Umformverfahren für Faserverbundkunststoff, der die Stabilität des Bauteils gewährleistet.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen stellt die im BMBF-geförderten Projekt »LightFlex« entwickelte, flexible Prozesskette vom 19....

13.09.2017 | nachricht Nachricht

Graphene based terahertz absorbers

Printable graphene inks enable ultrafast lasers in the terahertz range

Graphene Flagship researches from CNR-Istituto Nanoscienze, Italy and the University of Cambridge, UK have shown that it is possible to create a terahertz...

13.09.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die schnellste lichtgetriebene Stromquelle der Welt

Die Stromregelung ist eine der wichtigsten Komponenten moderner Elektronik, denn über schnell angesteuerte Elektronenströme werden Daten und Signale übertragen. Die Ansprüche an die Schnelligkeit der Datenübertragung wachsen dabei beständig. In eine ganz neue Dimension der schnellen Stromregelung sind nun Wissenschaftler der Lehrstühle für Laserphysik und Angewandte Physik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) vorgedrungen. Ihnen ist es gelungen, im „Wundermaterial“ Graphen Elektronenströme innerhalb von einer Femtosekunde in die gewünschte Richtung zu lenken – eine Femtosekunde entspricht dabei dem millionsten Teil einer milliardstel Sekunde.

Der Trick: die Elektronen werden von einer einzigen Schwingung eines Lichtpulses angetrieben. Damit können sie den Vorgang um mehr als das Tausendfache im...

Im Focus: The fastest light-driven current source

Controlling electronic current is essential to modern electronics, as data and signals are transferred by streams of electrons which are controlled at high speed. Demands on transmission speeds are also increasing as technology develops. Scientists from the Chair of Laser Physics and the Chair of Applied Physics at Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) have succeeded in switching on a current with a desired direction in graphene using a single laser pulse within a femtosecond ¬¬ – a femtosecond corresponds to the millionth part of a billionth of a second. This is more than a thousand times faster compared to the most efficient transistors today.

Graphene is up to the job

Im Focus: LaserTAB: Effizientere und präzisere Kontakte dank Roboter-Kollaboration

Auf der diesjährigen productronica in München stellt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das Laser-Based Tape-Automated Bonding, kurz LaserTAB, vor: Die Aachener Experten zeigen, wie sich dank neuer Optik und Roboter-Unterstützung Batteriezellen und Leistungselektronik effizienter und präziser als bisher lasermikroschweißen lassen.

Auf eine geschickte Kombination von Roboter-Einsatz, Laserscanner mit selbstentwickelter neuer Optik und Prozessüberwachung setzt das Fraunhofer ILT aus Aachen.

Im Focus: LaserTAB: More efficient and precise contacts thanks to human-robot collaboration

At the productronica trade fair in Munich this November, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be presenting Laser-Based Tape-Automated Bonding, LaserTAB for short. The experts from Aachen will be demonstrating how new battery cells and power electronics can be micro-welded more efficiently and precisely than ever before thanks to new optics and robot support.

Fraunhofer ILT from Aachen relies on a clever combination of robotics and a laser scanner with new optics as well as process monitoring, which it has developed...

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

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Archaeopteryx, Klimawandel und Zugvögel: Deutsche Ornithologen-Gesellschaft tagt an der Uni Halle

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Unsere Arbeitswelt von morgen – Polarisierendes Thema beim 7. Unternehmertag der HNEE

26.09.2017 | Veranstaltungen

 
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26.09.2017 | Geowissenschaften

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