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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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Material mit vielversprechenden Eigenschaften

Konstanzer Wissenschaftler gelang Synthetisierung eines wichtigen ferromagnetischen Halbleiters

Im Sonderforschungsbereich 1214 an der Universität Konstanz wurde ein Verfahren zur Synthetisierung von Europium(II)-Oxid-Nanopartikeln entwickelt – einem für...

22.11.2017 | nachricht Nachricht

Watching atoms move in hybrid perovskite crystals reveals clues to improving solar cells

A team of researchers led by the University of California San Diego has for the first time observed nanoscale changes deep inside hybrid perovskite crystals that could offer new insights into developing low-cost, high-efficiency solar cells.

Using X-ray beams and lasers, researchers studied how a new promising class of solar cell materials, called hybrid perovskites, behaves at the nanoscale level...

22.11.2017 | nachricht Nachricht

CAU-Forschungsteam entwickelt neues Verbundmaterial aus Kohlenstoffnanoröhren

Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften wären Nanoröhren aus Kohlenstoff ideal für zahlreiche Anwendungen, von ultraleichten Batterien über Hochleistungskunststoffe bis zu medizinischen Implantaten. Doch bisher lassen sie sich nur schlecht mit anderen Materialien verbinden oder verlieren dabei ihre vorteilhaften Merkmale. Ein Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und der Universität Trento haben jetzt eine alternative Methode entwickelt, mit der sich die winzigen Röhren so mit anderen Materialien verbinden lassen, dass sie ihre charakteristischen Eigenschaften behalten. Ihre Ergebnisse erschienen jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications.

Extrem leicht, elektrisch besonders leitfähig und stabiler als Stahl: Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften wären Nanoröhren aus Kohlenstoff ideal für...

22.11.2017 | nachricht Nachricht

A material with promising properties

Konstanz scientist synthesises an important ferromagnetic semiconductor

The Collaborative Research Centre CRC 1214 at the University of Konstanz has developed a method for synthesising Europium (II) oxide nanoparticles - a...

22.11.2017 | nachricht Nachricht

Fine felted nanotubes: CAU research team develops new composite material made of carbon nanotubes

Due to their unique properties, carbon nanotubes would be ideal for numerous applications, from ultra-lightweight batteries to high-performance plastics, right through to medical implants. But they either cannot be combined adequately with other materials, or they then lose their beneficial properties. Scientists from Kiel University and the University of Trento have now developed an alternative combining method, so that they retain their characteristic properties. As such, they "felt" the thread-like tubes into a stable 3D network that is able to withstand extreme forces. The research results have been published in the journal Nature Communications.

Extremely lightweight, electrically highly conductive, and more stable than steel: due to their unique properties, carbon nanotubes would be ideal for numerous...

22.11.2017 | nachricht Nachricht

Borophene shines alone as 2-D plasmonic material

Rice University scientists calculate flat boron capable of visible plasmon emissions

An atom-thick film of boron could be the first pure two-dimensional material able to emit visible and near-infrared light by activating its plasmons, according...

21.11.2017 | nachricht Nachricht

Quantum dots amplify light with electrical pumping

Los Alamos achieves light amplification with electrically stimulated quantum dots, critical step towards solution-processible laser diodes

In a breakthrough development, Los Alamos scientists have shown that they can successfully amplify light using electrically excited films of the chemically...

21.11.2017 | nachricht Nachricht

Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

21.11.2017 | nachricht Nachricht

Less is more to produce top-notch 2D materials

A simple technique for mass producing ultrathin, high-quality molybdenum trioxide nanosheets could lead to next-generation electronic and optoelectronic devices.

Molybdenum trioxide (MoO3) has potential as an important two-dimensional (2D) material, but its bulk manufacture has lagged behind that of others in its class....

20.11.2017 | nachricht Nachricht

Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

20.11.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

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Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

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IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
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23.11.2017 | Förderungen Preise

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