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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 materials discovered to detect neutrons emitted by radioactive materials

Scientist Christopher Lavelle of the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, together with a team of researchers from the University of Maryland and the National Institute of Standards and Technology, has successfully shown that boron-coated vitreous carbon foam can be used in the detection of neutrons emitted by radioactive materials -- of critical importance to homeland security. Lavelle is lead author of the paper "Demonstration of Neutron Detection Utilizing Open Cell Foam and Noble Gas Scintillation" released today in the journal Applied Physics Letters.

Detecting neutrons is key to counterterrorism activities, such as screening cargo containers, as well as other vital applications in nuclear power...

05.03.2015 | nachricht Nachricht

Graphene, the wonder material, goes textile

Surface coating sets new standards for personal protective equipment (PPE)

What does a graphite or lead pencil have to do with a spectacular discovery in the world of materials research? Graphene is a single layer of carbon just one...

04.03.2015 | nachricht Nachricht

Black Phosphorus Is New ‘Wonder Material’ for Improving Optical Communication

Phosphorus, a highly reactive element commonly found in match heads, tracer bullets, and fertilizers, can be turned into a stable crystalline form known as black phosphorus. In a new study, researchers from the University of Minnesota used an ultrathin black phosphorus film—only 20 layers of atoms—to demonstrate high-speed data communication on nanoscale optical circuits.

The devices showed vast improvement in efficiency over comparable devices using the earlier “wonder material” graphene.

04.03.2015 | nachricht Nachricht

Wundermaterial Graphen goes Textile

Oberflächenbeschichtung setzt neue Maßstäbe bei Persönlicher Schutzausrüstung (PSA)

Was hat ein Graphit-, oder Bleistift mit einer spektakulären Entdeckung in der Welt der Materialforschung gemeinsam? „Graphen“ -Graphen ist eine einzelne...

04.03.2015 | nachricht Nachricht

Production without release agents

The Infiana Group and Fraunhofer IFAM have agreed upon an exclusive cooperation for the production and marketing of FlexPlas® release film.

Even more innovative together: Scientists of the Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) and experts of the Infiana...

03.03.2015 | nachricht Nachricht

Produktion ohne Trennmittel

Die Infiana Group und das Fraunhofer IFAM vereinbaren exklusive Zusammenarbeit bei der Herstellung und  Vermarktung der FlexPlas®-Trennfolie.

Zusammen noch innovativer: Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und die Experten der Infiana...

02.03.2015 | nachricht Nachricht

New Research Predicts When, How Materials Will Act

Research highlighted as a top story for 2014

In science, it’s commonly known that materials can change in a number of ways when subjected to different temperatures, pressures or other environmental forces.

02.03.2015 | nachricht Nachricht

2D-NANOLATTICES - Die ultimative Halbleiter-Miniaturisierung

Mit einem vielversprechenden neuen Material namens Silicen hat ein europäisches Forschungsprojekt einen wichtigen Schritt in Richtung einer weiteren Miniaturisierung der Nanoelektronik erzielt. Das Ziel besteht darin, Geräte der Zukunft erheblich leistungsfähiger und energieeffizienter zu gestalten.

Silicen ist ein neues Halbleitermaterial, das die Eigenschaften von Silizium und Graphen kombiniert. Es ist einer der aussichtsreichsten Kandidaten für die...

27.02.2015 | nachricht Nachricht

Flexible Nanosensoren revolutionieren Wearables

Herstellungsverfahren reduziert Kosten und schafft Massenproduktion

Eine neue Methode soll die Herstellung optischer Nanosensoren ermöglichen, die auch auf unebenen und biologischen Oberflächen, wie zum Beispiel der...

27.02.2015 | nachricht Nachricht

Superatomic Nickel core and unusual molecular reactivity

Scientists in Russian Academy of Sciences, Moscow have revealed a unique molecular fragment Ni2O2, consisting of two nickel atoms and two oxygen atoms, that have shown plausible superatomic properties. Supeatoms are important structural elements in nanoscale organization and they possess unique physical and chemical properties.

Superatom is a combination of two or more atoms that form a stable structural fragment and possess unique physical and chemical properties. Systems, that...

27.02.2015 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Der schnellste Stern der Milchstraße

Astronomen machen thermonukleare Supernova als Ursache aus

Er ist so schnell unterwegs wie kein anderer: Ein Team aus Astrophysikern, unter Leitung von Forschern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg...

Im Focus: Strength in numbers

Researchers develop the first-ever quantum device that detects and corrects its own errors

When scientists develop a full quantum computer, the world of computing will undergo a revolution of sophistication, speed and energy efficiency that will make...

Im Focus: Intelligentes Energiemanagement

Forschungsprojekt »SmartEnergyHub« entwickelt Smart-Data-Plattform für Betreiber von Infrastrukturen

Mit herkömmlichen Energiemanagementsystemen stoßen Betreiber von Infrastrukturen schon heute an ihre Grenzen. Das Fraunhofer IAO entwickelt daher mit Partnern...

Im Focus: Wie Ozeanströmungen Klimaarchive beeinflussen

Kalkschalen mariner Kleinstorganismen sind ein wichtiges Klimaarchiv. Allerdings können Meeresströmungen die aus diesen Schalen abgeleiteten Temperaturrekonstruktionen verfälschen. 

Das hat ein internationales Team aus Paläoozeanographen und Ozeanmodellierern unter Beteiligung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel jetzt...

Im Focus: Black Phosphorus Is New ‘Wonder Material’ for Improving Optical Communication

Phosphorus, a highly reactive element commonly found in match heads, tracer bullets, and fertilizers, can be turned into a stable crystalline form known as black phosphorus. In a new study, researchers from the University of Minnesota used an ultrathin black phosphorus film—only 20 layers of atoms—to demonstrate high-speed data communication on nanoscale optical circuits.

The devices showed vast improvement in efficiency over comparable devices using the earlier “wonder material” graphene.

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VDI-Expertenforum zu erdgekoppelten Wärmepumpen

06.03.2015 | Veranstaltungen

Autokongress in China

06.03.2015 | Veranstaltungen

Rosetta und die Finsternis

06.03.2015 | Veranstaltungen

 
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06.03.2015 | Veranstaltungsnachrichten

Missing Link im Stammbaum von kosmischen Schwarzen Löchern

06.03.2015 | Physik Astronomie

Biomolekulare Krafterzeugung nach dem Prinzip einer Gasdruckfeder

06.03.2015 | Biowissenschaften Chemie