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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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New method developed for timely detection of impending material failure

International acclaim: doctoral candidate at the University of Siegen develops new method for detecting impact damage more quickly and more accurately.

It's hailing and a small crack develops in the windscreen; it first goes unnoticed and eventually turns into a problem. This type of scenario, which usually...

28.08.2015 | nachricht Nachricht

Forschernachwuchsgruppe am IfBB startet in die zweite Projektphase

Erfolgreiche Arbeit der IfBB-Forschernachwuchsgruppe: Aufbauend auf die erste Projektphase ist die zweite Phase angelaufen. Mit ihr erfolgt die industrielle Umsetzung der entwickelten Bioverbundwerkstoffe.

Ziel des Vorhabens ist es, branchenübergreifende Aussagen zum Einsatz der neu entwickelten Bioverbundwerkstoffe zu treffen.

28.08.2015 | nachricht Nachricht

Soaking up carbon dioxide and turning it into valuable products

Berkeley Lab researchers double down on a good thing by incorporating catalysts into crystalline sponges

A molecular system that holds great promise for the capture and storage of carbon dioxide has been modified so that it now also holds great promise as a...

28.08.2015 | nachricht Nachricht

Natriumionenakkumulatoren für intelligente Netze?

Neues Hochleistungselektrodenmaterial für Natriumbatterien

Die Anforderungen an moderne Akkumulatoren für stationäre Energiespeichersysteme sind nichts weniger als lange Lebensdauer, geringe Kosten, hohe Sicherheit,...

28.08.2015 | nachricht Nachricht

Southampton scientists find new way to detect ortho-para conversion in water

New research by scientists from the University of Southampton has found that water molecules react differently to electric fields, which could provide a new way to study spin isomers at the single-molecule level.

Water molecules exist in two forms or 'isomers', ortho and para, that have different nuclear spin states. In ortho-water, the nuclear spins are parallel to one...

26.08.2015 | nachricht Nachricht

These microscopic fish are 3-D-printed to do more than swim

Researchers demonstrate a novel method to build microscopic robots with complex shapes and functionalities

Nanoengineers at the University of California, San Diego used an innovative 3D printing technology they developed to manufacture multipurpose fish-shaped...

26.08.2015 | nachricht Nachricht

Optimierung in Serie: Moderne Lösungspolymerisation am Fraunhofer PAZ ermöglicht verbesserte Reifen

Das EU-Reifenlabel hat für die Verbraucher die Wahl des richtigen Reifens vereinfacht. Für die Reifenhersteller bringt das Label allerdings noch höhere Anforderungen und entsprechende Entwicklungskosten mit sich. Das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau, eine Gemeinschaftsanlage des Fraunhofer IAP in Potsdam-Golm und des Fraunhofer IWM in Halle, entwickelt Kautschuke für diese optimierten Reifen in moderner Lösungspolymerisation und überträgt sie mithilfe von Skalierungsprozessen in die Serienreife. Die Auftragsforschung bringt nicht nur Vorteile für die Kunden, sondern auch für die Umwelt.

Moderne Mobilität und Umweltschutz müssen sich nicht ausschließen. Im Gegenteil: Besonders im Bereich von Pkw-Reifen ergänzen sie sich gegenseitig. Die...

25.08.2015 | nachricht Nachricht

Rekord in der Hochdruckforschung erzeugt bisher unbekannte Materiezustände

Bei einem Kompressionsdruck von mehr als 770 Gigapascal – dem höchsten Druck, der bisher im Labor erzeugt wurde – ändert sich das Elektronenverhalten in Osmium, dem Element mit der höchsten bekannten Massendichte, auf eine äußerst ungewöhnliche Weise. Kernelektronen, die normalerweise passiv sind, treten miteinander in Wechselwirkung. Darüber berichtet eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia und Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky an der Universität Bayreuth im Forschungsmagazin „Nature“. Der jetzt erstmals beobachtete Effekt lässt vermuten, dass unter extremen Drücken weitere, bisher unbekannte Materiezustände entstehen könnten.

Die neuen Erkenntnisse, an denen in Deutschland auch Wissenschaftler am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg mitgewirkt haben, können das...

25.08.2015 | nachricht Nachricht

Meteorite Impacts Can Create DNA Building Blocks

A new study shown that meteorite impacts on ancient oceans may have created nucleobases and amino acids.

A new study shown that meteorite impacts on ancient oceans may have created nucleobases and amino acids. Researchers from Tohoku University, National Institute...

24.08.2015 | nachricht Nachricht

Grundlage für industriellen Einsatz von Magnesiumblechen geschaffen

Forschungsprojekt an der Hochschule Landshut leistet wesentlichen Beitrag zur virtuellen Leichtbau-Produktentwicklung

Um das Leichtbaupotenzial von Magnesiumfeinblechen gerade im Automobilbau besser ausschöpfen zu können, wurde in einem vom Bund geförderten Forschungsprojekt...

24.08.2015 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: OU astrophysicist and collaborators find supermassive black holes in quasar nearest Earth

A University of Oklahoma astrophysicist and his Chinese collaborator have found two supermassive black holes in Markarian 231, the nearest quasar to Earth, using observations from NASA's Hubble Space Telescope.

The discovery of two supermassive black holes--one larger one and a second, smaller one--are evidence of a binary black hole and suggests that supermassive...

Im Focus: Optische Schalter - Lernen mit Licht

Einem deutsch-französischen Team ist es gelungen, einen lichtempfindlichen Schalter für Nervenzellen zu entwickeln. Dies ermöglicht neue Einblicke in die Funktionsweise von Gedächtnis und Lernen, aber auch in die Entstehung von Krankheiten.

Lernen ist nur möglich, weil die Verknüpfungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn fortwährend umgebaut werden: Je häufiger bestimmte Reizübertragungswege...

Im Focus: What would a tsunami in the Mediterranean look like?

A team of European researchers have developed a model to simulate the impact of tsunamis generated by earthquakes and applied it to the Eastern Mediterranean. The results show how tsunami waves could hit and inundate coastal areas in southern Italy and Greece. The study is published today (27 August) in Ocean Science, an open access journal of the European Geosciences Union (EGU).

Though not as frequent as in the Pacific and Indian oceans, tsunamis also occur in the Mediterranean, mainly due to earthquakes generated when the African...

Im Focus: Membranprotein in Bern erstmals entschlüsselt

Dreidimensionale (3D) Atommodelle von Proteinen sind wichtig, um deren Funktion zu verstehen. Dies ermöglicht unter anderem die Entwicklung neuer Therapieansätze für Krankheiten. Berner Strukturbiologen ist es nun gelungen, die Struktur eines wichtigen Membranproteins zu entschlüsseln – dies gelingt relativ selten und ist eine Premiere in Bern.

Membranproteine befinden sich in den Wänden der Zellen, den Zellmembranen, und nehmen im menschlichen Körper lebenswichtige Funktionen wahr. Zu ihnen gehören...

Im Focus: Quantenbeugung an einem Hauch von Nichts

Die Quantenphysik besagt, dass sich auch massive Objekte wie Wellen verhalten und scheinbar an vielen Orten zugleich sein können. Dieses Phänomen kann nachgewiesen werden, indem man diese Materiewellen an einem Gitter beugt. Eine europäische Kollaboration hat nun erstmals die Delokalisation von massiven Molekülen an einem Gitter nachgewiesen, das nur noch eine einzige Atomlage dick ist. Dieses Experiment lotete die technischen Grenzen der Materiewellentechnologie aus und knüpft dabei an ein Gedankenexperiment von Bohr und Einstein an. Die Ergebnisse werden aktuell im Journal "Nature Nanotechnology" veröffentlicht.

Die quantenmechanische Wellennatur der Materie ist die Grundlage für viele moderne Technologien, wie z. B. die höchstauflösende Elektronenmikroskopie, die...

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Gravitationswellen im Einsteinjahr

28.08.2015 | Veranstaltungen

Strömungen in industriellen Anlagen sichtbar gemacht

28.08.2015 | Veranstaltungen

Konzepte gegen Fachkräftemangel: Demografiekonferenz in Halle

27.08.2015 | Veranstaltungen

 
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Siemens an der Sicherheit: Lösungen für jede Anforderung

28.08.2015 | Messenachrichten

Biofabrikation von künstlichen Blutgefäßen mit Laserlicht

28.08.2015 | Biowissenschaften Chemie

Forscher entwickeln Methode zur Manipulation von Molekülen

28.08.2015 | Physik Astronomie