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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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Neue bioinspirierte Materialien für innovative Anwendungen

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Organic Photovoltaic Cells of the Future

Researchers at University of Tsukuba and National Institute for Materials Science use charge formation efficiency to screen materials for future devices

Organic photovoltaic cells -- a type of solar cell that uses polymeric materials to capture sunlight -- show tremendous promise as energy conversion devices,...

19.08.2014 | nachricht Nachricht

Nanoröhren gezielt wachsen lassen

Neuer Ansatz gibt Kohlenstoff-Nanoröhren die gewünschte Struktur

Sie sind leicht, aber zugleich fester als Stahl, als Halbleiter sind sie leistungsfähiger als Silizium und sie leiten Elektrizität besser als Kupfer:...

19.08.2014 | nachricht Nachricht

Researchers inspired by marine life to design camouflage systems

Beyond the invisibility cloak, the work could have applications for military, industry

It could be a fun party trick – put your cell phone down on a table and watch it fade into the woodwork – or part of a lifesaving technology used by industry...

19.08.2014 | nachricht Nachricht

Lemongrass fiber as lost circulation material in drilling fluid

Universiti Teknologi MARA researchers are investigating the properties of lemongrass fibers to help prevent fluid circulation problems while drilling for oil and gas.

In the oil and gas industry, drilling mud is used to (1) to suspend cuttings to prevent it sagging at the drill bit during shutdown, (2) to transport it to the...

18.08.2014 | nachricht Nachricht

Making Eco-Friendly ‘Pre-Fab Nanoparticles’

UMass Amherst team invents a way to create versatile, water-soluble nano-modules

A team of materials chemists, polymer scientists, device physicists and others at the University of Massachusetts Amherst today report a breakthrough technique...

15.08.2014 | nachricht Nachricht

Ein neuartiger Mikrochip mit hohem Anwendungspotenzial

Wie kann man einen Flüssigkeitsstrahl erzeugen, der um ein Vielfaches dünner ist als ein menschliches Haar? Wie ist es möglich, den winzigen Durchmesser und die Dynamik dieses Strahls zu kontrollieren und exakt vorherzubestimmen?

Ein neuartiger Kunststoff-Mikrochip bietet flexible Lösungen für dieses Problem. Dr. Martin Trebbin an der Universität Bayreuth hat ihn – in Kooperation mit...

14.08.2014 | nachricht Nachricht

Keeping in contact

Transparent polymeric films with near-uniform, continuous nanoprotrusions show high water pinning abilities

A*STAR researchers have used nanoimprinting methods to make patterned polymeric films with surface topography inspired by that of a rose petal, producing a...

14.08.2014 | nachricht Nachricht

Diamonds in the crush

Theoretical simulations reveal how nanoscale lubricating systems can ease friction between surfaces cMain Contentoated with diamond-like carbon

Diamond-like-carbon (DLC) coatings are an innovative technology, exhibiting the twin properties of mechanical toughness and ultralow friction. These features,...

14.08.2014 | nachricht Nachricht

New test reveals purity of graphene

Rice, Osaka scientists use terahertz waves to spot contaminants

Graphene may be tough, but those who handle it had better be tender. The environment surrounding the atom-thick carbon material can influence its electronic...

14.08.2014 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Angeborene lymphoide Zellen lösen Abwehrreaktion von T-Zellen aus

Bei einer Entzündung werden vom Körper Stoffe ausgeschüttet, welche die Immunabwehr verstärken. Im Fall einer chronischen Entzündung gerät die Immunantwort jedoch ausser Kontrolle und kann Organschäden verursachen.

Jetzt hat eine Forschungsgruppe des Departements Biomedizin der Universität Basel und des Universitäts-Kinderspitals beider Basel aufgedeckt, dass angeborene...

Im Focus: Innate Lymphoid Cells Elicit T Cell Responses

In case of an inflammation the body releases substances that increase the immune defense. During chronic inflammation, this immune response gets out of control and can induce organ damage.

A research group from the Department of Biomedicine at the University and the University Children’s Hospital of Basel now discovered that innate lymphoid cells...

Im Focus: Mit der Kraft der Vibration - Energieautarke Sensorsysteme überwachen den Zustand von Güterwagen

Auf der Schiene lassen sich Waren in großen Mengen besonders umweltschonend befördern. Sicherheit steht dabei im Vordergrund. Insbesondere, wenn es um den Transport von Gefahrengütern geht, sind regelmäßige Kontrollen des Wagenzustands unabdingbar. Wie sich dazu energieautarke Sensorsysteme nutzen lassen und damit auch der Mensch geschont werden kann, zeigt das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF auf der InnoTrans 2014 in Halle 23, Stand 206.

Manchmal muss erst etwas passieren, um beispielsweise Radschäden zu entdecken. Häufig treten diese nach einer Entgleisung ans Tageslicht, bei der...

Im Focus: Forscher stellen neue Software zur automatisierten Anlagenplanung vor

Künstliche Intelligenz soll Anlagenplanern die Arbeit erleichtern

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik e.V. (GFaI) aus Berlin haben in einem...

Im Focus: Neue Solarzelle aus flüssigem Silizium

Jülicher Forscher bereiten Weg für nächste Generation von Dünnschicht-Elektronik

Jülicher Forscher haben in Zusammenarbeit mit der Firma Evonik eine Solarzelle entwickelt, die aus einem sehr dünnen Film einer flüssigen Silizium-Verbindung...

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Bären und Wölfe: Euregio-Tagung zu nachhaltigem Wildtiermanagement

19.08.2014 | Veranstaltungen

Freiheit für den Wolf! Reservate für den Rothirsch...?

19.08.2014 | Veranstaltungen

Geschichte angemessen verstehen: 800 Globalhistoriker diskutieren neueste Erkenntnisse

18.08.2014 | Veranstaltungen

 
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