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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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Added bacterial film makes new mortar resistant to water uptake

Moisture can destroy mortar over time – for example when cracks form as a result of frost. A team of scientists at the Technical University of Munich (TUM) has found an unusual way to protect mortar from moisture: When the material is being mixed, they add a biofilm – a soft, moist substance produced by bacteria.

Oliver Lieleg usually has little to do with bricks, mortar and concrete. As a professor of biomechanics at the Institute of Medical Engineering (IMETUM) and...

25.07.2016 | nachricht Nachricht

Wasserdicht dank Bakterienfilm: Neuer Mörtel lässt Flüssigkeit abperlen

Feuchtigkeit kann Mörtel auf Dauer zerstören – etwa wenn sich durch Frost Risse bilden. Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) hat einen ungewöhnlichen Weg gefunden, um Mörtel vor Feuchtigkeit zu schützen: Schon beim Anrühren der Masse fügen sie einen Biofilm hinzu, eine weiche, feuchte Substanz, die von Bakterien gebildet wird.

Mit Ziegeln, Mörtel und Beton hat Prof. Oliver Lieleg für gewöhnlich wenig zu tun. Als Professor für Biomechanik am Zentralinstitut für Medizintechnik (IMETUM)...

25.07.2016 | nachricht Nachricht

Newly discovered material property may lead to high temp superconductivity

Researchers at the U.S. Department of Energy's (DOE) Ames Laboratory have discovered an unusual property of purple bronze that may point to new ways to achieve high temperature superconductivity.

While studying purple bronze, a molybdenum oxide, researchers discovered an unconventional charge density wave on its surface.

25.07.2016 | nachricht Nachricht

Rostiger Stahl als Sauerstoffgenerator

Korrodierte Edelstahlelektrode lässt sich für die die elektrochemische Wasserspaltung einsetzen

Die elektrokatalytische Wasserspaltung gehört zu den Zukunftstechnologien einer umweltfreunlichen und preisgünstigen Energiegewinnung. Vor allem wegen der...

22.07.2016 | nachricht Nachricht

A hydrophobic membrane with nanopores for highly efficient energy storage

Storing fluctuating and delivering stable electric power supply are central issues when using energy from solar plants or wind power stations. Here, efficient and flexible energy storage systems need to accommodate for fluctuations in energy gain. Scientists from the Leibniz Institute for Interactive Materials (DWI), RWTH Aachen University and Hanyang University in Seoul now significantly improved a key component for the development of new energy storage systems.

Redox flow batteries are considered a viable next generation technology for highly efficient energy storage. These batteries use electrolytes, chemical...

22.07.2016 | nachricht Nachricht

New reaction for the synthesis of nanostructures

The collaboration between the research groups of professors Pau Ballester and José R. Galan-Mascaros at the Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ), Dr. Jonas Björk at Linköping University and the group of Dr. David Ecija at Institute IMDEA Nanoscience has allowed the development of a new chemical reaction for the synthesis of low-dimensional polymers that can be rationalised as phthalocyanine derivatives. The results obtained have been published in Nature Communications.

Surface-mediated synthesis of low-dimensional polymers from simple molecular precursors is a rapidly emerging field. In this work, the researchers introduce...

21.07.2016 | nachricht Nachricht

Vielversprechende Innenbeschichtung für Konservendosen

Weißblechkonserven werden kritisch diskutiert. Zum einen gehört zu den Ausgangsmaterialien des Doseninnenlacks Bisphenol A, das hormonähnliche Wirkung besitzen soll. Zum anderen fordert die europäische REACH-Verordnung eine Umstellung auf chromfreie Nachbehandlungsverfahren in der Weißblechproduktion. Beschichtungssysteme auf Polyesterbasis erweisen sich in einem Forschungsprojekt des Fraunhofer IPA als vielversprechende Alternative.

Lebensmittelkonserven aus Weißblech finden als Verpackungsmaterialien breite Anwendung für viele Gemüsesorten, Fisch, Fleisch und Fertiggerichte. Gegenüber...

21.07.2016 | nachricht Nachricht

Graphen von der Rolle: Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können. Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt »HEA2D«: Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und opto-elektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen,...

21.07.2016 | nachricht Nachricht

Neue antibakterielle Oberfläche schützt orthopädische Implantate

Thüringer Forschungsverbund entwickelt innovative Beschichtung für orthopädische Titanimplantate, um implantatassoziierte Infektionen zu vermeiden

Thüringer Forscher haben eine spezielle antibiotikahaltige Beschichtung entwickelt, mit der es gelungen ist, Titanimplantate vor der Besiedlung mit...

20.07.2016 | nachricht Nachricht

Scientists create new thin material that mimics cell membranes

Nature-inspired synthetic membranes could aid water purification, energy, and healthcare needs

Materials scientists have created a new material that performs like a cell membrane found in nature. Such a material has long been sought for applications as...

20.07.2016 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superschneller Internetfunk dank Terahertz-Strahlung

Wissenschaftler aus Dresden und Dublin haben einen vielversprechenden technologischen Ansatz gefunden, der Notebooks und anderen mobilen Computern in Zukunft deutlich schnellere Internet-Funkzugänge ermöglichen könnte als bisher. Die Teams am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und am irischen Trinity College Dublin brachten hauchdünne Schichten aus einer speziellen Verbindung von Mangan und Gallium dazu, sehr effizient Strahlung im sogenannten Terahertz-Frequenzbereich auszusenden. Als Sender in WLAN-Funknetzen eingesetzt, könnten die höheren Frequenzen die Datenraten zukünftiger Kommunikations-Netzwerke spürbar erhöhen.

„Wir halten diesen Ansatz für technologisch sehr interessant“, betont Dr. Michael Gensch, Leiter einer Arbeitsgruppe am HZDR, die sich mit den...

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Researchers at the U.S. Department of Energy's (DOE) Ames Laboratory have discovered an unusual property of purple bronze that may point to new ways to achieve high temperature superconductivity.

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Im Focus: Forschen in 15 Kilometern Höhe - Einsatz des Flugzeuges HALO wird weiter gefördert

Das moderne Höhen-Forschungsflugzeug HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft) wird auch in Zukunft für Projekte zur Atmosphären- und Erdsystemforschung eingesetzt werden können: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte jetzt Fördergelder von mehr als 11 Millionen Euro für die nächste Phase des HALO Schwerpunktprogramms (SPP 1294) in den kommenden drei Jahren. Die Universität Leipzig ist neben der Goethe-Universität Frankfurt am Main und der Technischen Universität Dresden federführend bei diesem DFG-Schwerpunktprogramm.

Die Universität Leipzig wird von der Fördersumme knapp 6 Millionen Euro zur Durchführung von zwei Forschungsprojekten mit HALO sowie zur Deckung der hohen...

Im Focus: Mapping electromagnetic waveforms

Munich Physicists have developed a novel electron microscope that can visualize electromagnetic fields oscillating at frequencies of billions of cycles per second.

Temporally varying electromagnetic fields are the driving force behind the whole of electronics. Their polarities can change at mind-bogglingly fast rates, and...

Im Focus: Rekord in der Hochdruckforschung: 1 Terapascal erstmals erreicht und überschritten

Einem internationalen Forschungsteam um Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, im Labor einen Druck von 1 Terapascal (= 1.000.000.000.000 Pascal) zu erzeugen. Dieser Druck ist dreimal höher als der Druck, der im Zentrum der Erde herrscht. Die in 'Science Advances' veröffentlichte Studie eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten für die Physik und Chemie der Festkörper, die Materialwissenschaft, die Geophysik und die Astrophysik.

Extreme Drücke und Temperaturen, die im Labor mit hoher Präzision erzeugt und kontrolliert werden, sind ideale Voraussetzungen für die Physik, Chemie und...

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Kongress für Molekulare Medizin: Krankheiten interdisziplinär verstehen und behandeln

20.07.2016 | Veranstaltungen

Ultraschnelle Kalorimetrie: Gesellschaft für thermische Analyse GEFTA lädt zur Jahrestagung

19.07.2016 | Veranstaltungen

Das neue Präventionsgesetz aktiv gestalten

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25.07.2016 | Unternehmensmeldung

Für Sprünge ans rettende Ufer: Käfer reduziert Oberflächenspannung mit körpereigener Substanz

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