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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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A new vortex identification method for 3-D complex flow

"Vortex" is a common phenomenon in nature from tornado to turbulence, for example turbulence is a vortex buildup process (Figure 1). Investigators have realized that turbulence is not a purely stochastic process, but a process with coherent vortical structures which play a decisive role in fluid dynamics and energy transport. Therefore, accurate visualization of vortices from huge amount of data obtained by experiments and numerical simulations becomes a key issue to solve the turbulence which is a century-long scientific problem. A new vortex identification method called method, which has been published in Science China: Physics, Mechanics & Astronomy, would be greatly helpful to advance turbulence related researches.

The paper titled as "new omega vortex identification method" has been published on volume (59)2016 by Science China: Physics, Mechanics & Astronomy. The...

04.05.2016 | nachricht Nachricht

Schutz für den Schiffsrumpf: Fraunhofer IMWS präsentiert Antifouling-Lack auf der MS Wissenschaft

Algen, Seepocken und Muscheln, die sich am Rumpf festsetzen, sind in der Schifffahrt ungebetene Passagiere: Sie erhöhen den Treibstoffverbrauch und beschädigen das Material. Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS wurde gemeinsam mit Partnern ein ungiftiger Lack entwickelt, der dieses Biofouling effektiv verhindert. Die Technologie stellt das Fraunhofer IMWS ab heute auf der MS Wissenschaft vor: Die schwimmende Ausstellung steuert 35 Städte an und bietet eine Entdeckungsreise durch die Welt der Meere und Ozeane.

Feste Oberflächen, die man ins Meer eintaucht, werden von Mikroorganismen, Algen, Seepocken und Muscheln schnell als Lebensraum erobert. Für die Schifffahrt...

04.05.2016 | nachricht Nachricht

Fraunhofer CSP entwickelt LID-Test für PERC-Zellen

Die PERC-Technologie ist der Senkrechtstarter in der Photovoltaik: PERC-Solarzellen, deren Rückseite passiviert ist, haben eine signifikant höheren Wirkungsgrad als Standardzellen und gewinnen weiter Marktanteile. Eine Herausforderung stellt sich bei PERC-Modulen aus multikristallinem Silizium allerdings: Es treten Leistungseinbußen durch lichtinduzierte Degradation (LID) auf. Die Berliner Firma LayTec stellt mit LID Scope nun ein Gerät vor, das eine einfache, schnelle und flexible Qualitätskontrolle für diesen Effekt schon auf Zellebene ermöglicht. Entwickelt wurde die Technologie am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle.

PERC steht für Passivated Emitter Rear Cell, also Solarzellen, deren Rückseite verspiegelt und passiviert ist. Sie sind gerade auf dem Vormarsch, denn ihr...

04.05.2016 | nachricht Nachricht

Preventing another Flint, Mich.; new research could lead to more corrosion-resistant water pipes

With documented public water problems in Flint, Mich., and Hoosick Falls, N.Y., caused by corrosion, understanding how copper is affected at the atomic level is critical to avoiding problems in future pipes. Corrosion-related damage costs more than three percent of the United States' Gross Domestic Product (about $503.1 billion, going by 2013 numbers).

Using state-of-the-art in situ microscopy techniques, scientists at Binghamton University were able to watch the oxidation of copper -- the primary building...

04.05.2016 | nachricht Nachricht

Abgas von Kohlendioxid befreien: Neues Membranverfahren der Geesthachter Polymerforscher

Die membranbasierte Abtrennung des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) aus Kraftwerken und Industrieanlagen wird seit Januar 2016 in einem durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) geförderten Projekt erforscht. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG), des Forschungszentrums Jülich (FZJ) und der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut (EBI) in Karlsruhe entwickeln dafür die Membranmaterialien und Verfahrenstechnologien. Untersucht werden Membranwerkstoffe aus Polymeren und aus Keramik.

Wesentliches Ziel der Energiewende ist es, dass Deutschland ab 2050 seine Stromversorgung zu 80 Prozent aus erneuerbarer Energie bestreitet. Um die...

03.05.2016 | nachricht Nachricht

TU Dortmund entwickelt hochfeste Werkzeuge für die Umformtechnik

Wenn ein Umformwerkzeug verschleißt, hat das Einfluss auf die Formteile, die damit gefertigt werden: Sie verlieren an Qualität und müssen oft aufwendig nachbearbeitet werden oder sind im schlimmsten Fall gar nicht mehr verwendbar. Eine besondere Oberflächenbeschichtung des Werkzeugs soll jetzt Abhilfe schaffen. Ein interdisziplinäres Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Dortmund hat dafür im Sonderforschungsbereich (SFB) 708 eine neuartige Fertigungsmethodik namens „3D-Surface Engineering“ entwickelt.

„Das Thema hat eine hohe industrielle Relevanz. In der Automobil- und Luftfahrtindustrie werden die Karosserieteile und Strukturelemente immer...

03.05.2016 | nachricht Nachricht

Clay nanotube-biopolymer composite scaffolds for tissue engineering

The fabrication of a prototype tissue having functional properties close to the natural ones is crucial for effective transplantation. Tissue engineering scaffolds are typically used as supports which allow cells to form tissue-like structures essentially required for the correct functioning of the cells under the conditions close to the three-dimensional tissue.

Scientists of Bionanotechnology Lab, Kazan Federal University, combined three biopolymers, chitosan and agarose (polysaccharides), and a protein gelatine, as...

02.05.2016 | nachricht Nachricht

Personal cooling units on the horizon

Firefighters entering burning buildings, athletes competing in the broiling sun and workers in foundries may eventually be able to carry their own, lightweight cooling units with them, thanks to a nanowire array that cools, according to Penn State materials researchers.

"Most electrocaloric ceramic materials contain lead," said Qing Wang, professor of materials science and engineering. "We try not to use lead. Conventional...

29.04.2016 | nachricht Nachricht

Exploring phosphorene, a promising new material

Two-dimensional phosphane, a material known as phosphorene, has potential application as a material for semiconducting transistors in ever faster and more powerful computers. But there's a hitch. Many of the useful properties of this material, like its ability to conduct electrons, are anisotropic, meaning they vary depending on the orientation of the crystal.

Now, a team including researchers at Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) has developed a new method to quickly and accurately determine that orientation...

29.04.2016 | nachricht Nachricht

Cooling graphene-based film close to pilot-scale production

Heat dissipation in electronics and optoelectronics is a severe bottleneck in the further development of systems in these fields. To come to grips with this serious issue, researchers at Chalmers University of Technology have developed an efficient way of cooling electronics by using functionalized graphene nanoflakes. The results will be published in the renowned journal Nature Communications.

"Essentially, we have found a golden key with which to achieve efficient heat transport in electronics and other power devices by using graphene...

29.04.2016 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Sei mit STARS4ALL dabei, wenn Merkur vor die Sonne wandert

2012 war es die Venus, in diesem Jahr ist der Planet Merkur dran, vor der Sonne zu passieren. Für fast acht Stunden werden wir am 9. Mai 2016 die Möglichkeit haben, den Planeten Merkur als kleinen schwarzen Punkt auf der Oberfläche der Sonne durchziehen zu sehen. Das EU-Projekt STARS4ALL, an dem auch das IGB beteiligt ist, wird in Zusammenarbeit mit www.sky-live.tv das Phänomen von Teneriffa und von Island aus live übertragen. STARS4ALL bietet dazu Bildungsmaterial für Schüler an.

Am 9. Mai 2016, um die Mittagszeit, wird der Planet Merkur anfangen, die Scheibe der Sonne zu kreuzen; eine Reise, welche über sieben Stunden dauern wird.

Im Focus: MICROSCOPE sendet

Am Montag, 2. Mai 2016, erreichte die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen die erste Erfolgsmeldung von ihrem Forschungs-Satelliten. Per Videoübertragung waren sie zugeschaltet, als die französischen Kollegen das Experiment an Bord von MICROSCOPE (MICRO Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) initialisierten und das Messinstrument die ersten Testdaten übermittelte. Damit ist der wichtigste Meilenstein der Testphase erreicht, bevor sich herausstellt, ob Einsteins Relativitätstheorie auch nach dieser Satellitenmission noch Bestand haben wird.

“#TSAGE @onera_fr is on. The test masses have been released and servo looped!!!! Great all green“ lautet die Twitter-Nachricht der französischen Partner, die...

Im Focus: Genauester Spiegel der Welt bei European XFEL in Hamburg eingetroffen

Der vermutlich präziseste Spiegel der Welt ist bei European XFEL in der Metropolregion Hamburg eingetroffen. Der 95 Zentimeter lange Spiegel ist ein wichtiges Bauteil des Röntgenlasers, der 2017 in Betrieb gehen soll. Auf den ersten Blick sieht er einem normalen Spiegel durchaus ähnlich, ist jedoch extrem flach und glatt. Die größten Unebenheiten auf seiner Oberfläche haben eine Dimension von gerade einmal einem Nanometer, einem milliardstel Meter. Diese Präzision entspräche einer 40 Kilometer langen Straße, deren maximale Unebenheit gerade einmal so groß ist wie der Durchmesser eines Haars.

Der Röntgenspiegel ist der erste von mehreren, die an unterschiedlichen Stellen der Anlage zum Spiegeln und Filtern des Röntgenlaserstrahls eingebaut werden....

Im Focus: Erste Filmaufnahmen von Kernporen

Mithilfe eines extrem schnellen und präzisen Rasterkraftmikroskops haben Forscher der Universität Basel erstmals «lebendige» Kernporenkomplexe bei der Arbeit gefilmt. Kernporen sind molekulare Maschinen, die den Verkehr in und aus dem Zellkern kontrollieren. In ihrem kürzlich in «Nature Nanotechnology» publizierten Artikel erklären die Forscher, wie bewegliche «Tentakeln» in der Pore die Passage von unerwünschten Molekülen verhindern.

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist kein Mikroskop zum Durchschauen. Es tastet wie ein Blinder mit seinen Fingern die Oberflächen mit einer extrem feinen Spitze...

Im Focus: Nuclear Pores Captured on Film

Using an ultra fast-scanning atomic force microscope, a team of researchers from the University of Basel has filmed “living” nuclear pore complexes at work for the first time. Nuclear pores are molecular machines that control the traffic entering or exiting the cell nucleus. In their article published in Nature Nanotechnology, the researchers explain how the passage of unwanted molecules is prevented by rapidly moving molecular “tentacles” inside the pore.

Using high-speed AFM, Roderick Lim, Argovia Professor at the Biozentrum and the Swiss Nanoscience Institute of the University of Basel, has not only directly...

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Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Berlin beginnt heute

04.05.2016 | Veranstaltungen

UFW-Fachtagung im Vorzeichen von Big Data und Industrie 4.0

03.05.2016 | Veranstaltungen

analytica conference 2016 in München - Foodomics, mehr als nur ein Modebegriff?

03.05.2016 | Veranstaltungen

 
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Aktuelle Beiträge

Beim Laden von Lithium-Luft-Akkus entsteht hochreaktiver Singulett-Sauerstoff

04.05.2016 | Energie und Elektrotechnik

Sei mit STARS4ALL dabei, wenn Merkur vor die Sonne wandert

04.05.2016 | Physik Astronomie

Mehr als eine mechanische Barriere - Epithelzellen kämpfen aktiv gegen das Grippevirus

04.05.2016 | Biowissenschaften Chemie