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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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World’s Highest Magnetic Field* (1,020MHz) NMR developed

Application of High-Temperature Superconductor Was the Key. A Big Step Forward in Accelerating the Development of New Drugs and Materials

The research team of Japan's National Institute for Materials Science (NIMS), RIKEN, Kobe Steel and JEOL RESONANCE successfully developed the NMR system...

03.07.2015 | nachricht Nachricht

Diamond provides technical progress

Diamond should help to produce fuels and chemicals from carbon dioxide and light. This is the goal of a new research consortium receiving around EUR 3.9 million in funding from the European Union. It is coordinated by Professor Anke Krueger at the University of Würzburg.

To date only nature has been able to create organic substances from sunlight and the gas carbon dioxide, which is available in abundance in the Earth’s...

03.07.2015 | nachricht Nachricht

Homegrown Solution for Synchrotron Light Source

Ames Laboratory physicist develops new technique to study electronic properties

It’s often said that necessity is the mother of invention. Such was the case for Ames Laboratory physicist Adam Kaminski who took the research challenge he was...

02.07.2015 | nachricht Nachricht

Dünnschicht-Solarzellen aus Nanokristallen

Der Wirkungsgrad von Solarzellen aus Perowskit hat sich in den vergangenen Jahren sehr schnell verbessert. Auf dem Weg zur Marktreife sind jedoch noch Herausforderungen zu bewältigen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wollen die Entwicklung von Perowskit-Solarzellen vorantreiben. So lassen sich etwa durch ein besonderes Dünnschichtverfahren Material und Kosten sparen. An Lösungen für die Herstellung der neuen Photovoltaik-Technologie forscht ein interdisziplinäres Wissenschaftler-Team in den kommenden drei Jahren im Projekt „NanoSolar“.

Perowskit-Solarzellen haben in den vergangenen Jahren eine beispiellose Entwicklung durchlaufen: Innerhalb von nur fünf Jahren wurde ihr Wirkungsgrad erheblich...

02.07.2015 | nachricht Nachricht

Nanospiked bacteria are the brightest hard X-ray emitters

In a step that overturns traditional assumptions and practice, researchers at the Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai and Institute for Plasma Research, Gandhi Nagar have fashioned bacteria to emit intense, hard x-ray radiation.

When one thinks of hard x-rays and bacteria it is usually that the bacteria are at the receiving end of the x-ray source - being imaged, irradiated for some...

02.07.2015 | nachricht Nachricht

Ultrasonic Fingerprint Sensor May Take Smartphone Security to New Level

A new ultrasonic fingerprint sensor measures 3-D image of your finger’s surface and the tissue beneath it—enhancing biometrics and information security for smartphones and other devices

Fingerprint sensor technology currently used in smartphones like the iPhone 6 produces a two-dimensional image of a finger’s surface, which can be spoofed...

01.07.2015 | nachricht Nachricht

Das kleinste Gerüst der Welt

Erneuter Erfolg im Supercomputing: Uni Siegen erhält Rechenleistung am zweitschnellsten Supercomputer Europas im Wert von 1,2 Millionen Euro und geht auf die Suche nach effizienten Nanogittern.

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01.07.2015 | nachricht Nachricht

Graphene flexes its electronic muscles

Rice-led researchers calculate electrical properties of carbon cones, other shapes

Flexing graphene may be the most basic way to control its electrical properties, according to calculations by theoretical physicists at Rice University and in...

01.07.2015 | nachricht Nachricht

Physical study may give boost to hydrogen cars

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The dream of a cleaner, greener transportation future burns brightly in the promise of hydrogen-fueled, internal combustion engine automobiles. Modern-day...

01.07.2015 | nachricht Nachricht

New method can make cheaper solar energy storage

Storing solar energy as hydrogen is a promising way for developing comprehensive renewable energy systems. To accomplish this, traditional solar panels can be used to generate an electrical current that splits water molecules into oxygen and hydrogen, the latter being considered a form of solar fuel.

However, the cost of producing efficient solar panels makes water-splitting technologies too expensive to commercialize. EPFL scientists have now developed a...

01.07.2015 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

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Im Focus: Solardächer produzieren Strom für Fahrzeuge

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Unter der Leitung von Dr.-Ing. Volker Skwarek, Professor für technische Informatik an der HAW Hamburg, erarbeiteten sechs Studierende des...

Im Focus: Viaducts with wind turbines, the new renewable energy source

Wind turbines could be installed under some of the biggest bridges on the road network to produce electricity. So it is confirmed by calculations carried out by a European researchers team, that have taken a viaduct in the Canary Islands as a reference. This concept could be applied in heavily built-up territories or natural areas with new constructions limitations.

The Juncal Viaduct, in Gran Canaria, has served as a reference for Spanish and British researchers to verify that the wind blowing between the pillars on this...

Im Focus: Aus alt mach neu - Rohstoffquelle Elektroschrott

Der Markt für Unterhaltungselektronik boomt: Rund 60 Millionen Fernsehgeräte wurden im letzten Jahr in Europa verkauft. Früher oder später werden sie zurückkehren – als Elektroschrott.

Die Recycling-Industrie hat darauf reagiert: Kupfer, Aluminium, Eisen- und Edelmetalle sowie ausgewählte Kunststoffe werden bereits wiederverwertet. Allerdings...

Im Focus: Radar schützt vor Weltraummüll

Die Bedrohung im All durch Weltraummüll ist groß. Aktive Satelliten und Raumfahrzeuge können beschädigt oder zerstört werden. Ein neues, nationales Weltraumüberwachungssystem soll ab 2018 vor Gefahren im Orbit schützen. Fraunhofer-Forscher entwickeln das Radar im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagement.

Die »Verkehrssituation« im All ist angespannt: Neben unzähligen Satelliten umkreisen Weltraumtrümmer wie beispielsweise ausgebrannte Raketenstufen und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Flurförderzeuge im Zeichen der Zeit

03.07.2015 | Veranstaltungen

Aktuelles aus Forschung und Betrieb: 27. Deutscher Flammentag

02.07.2015 | Veranstaltungen

Call for ideas: Gute Ideen für bessere Städte

02.07.2015 | Veranstaltungen

 
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Siemens erhält Auftrag für Offshore-Windkraftwerk in Großbritannien

03.07.2015 | Unternehmensmeldung

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03.07.2015 | Veranstaltungsnachrichten

Kompakter Time Converter für zuverlässigen Einsatz in rauen Umgebungen

03.07.2015 | Energie und Elektrotechnik