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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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Nanoimprinted hyperlens array: Paving the way for practical super-resolution imaging

The concept of a perfect lens that can produce immaculate and flawless images has been the Holy Grail of lens makers for centuries. In 1873, a German physicist and optical scientist by the name of Ernst Abbe discovered the diffraction limit of the microscope. In other words, he discovered that conventional lenses are fundamentally incapable of capturing all the details of any given image. Since then, there have been numerous advances in the field to produce images that appear to have higher resolution than allowed by diffraction-limited optics.

In 2000, Professor Sir John B. Pendry of Imperial College London -- the John Pendry who enticed millions of Harry Potter fans around the world with the...

24.04.2017 | nachricht Nachricht

Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

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24.04.2017 | nachricht Nachricht

Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton

Recycling von Baustoffen ist keine neue Erfindung, war aber in den vergangenen Jahrzehnten in Vergessenheit geraten. Aus Gründen der Energieeffizienz, aus Platzmangel und der Endlichkeit von Rohstoffen gewinnt es wieder an Aktualität. Bauingenieure der HTWG Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung arbeiten in einem Forschungsprojekt an der Etablierung von Recyclingbeton (R-Beton) in der Bauwirtschaft. Die Akzeptanz des Materials ist international sehr unterschiedlich.

„Der Wunsch nach Energieeffizienz und das Bewusstsein für die Endlichkeit des benötigten Materials veranlasst die Baubranche, verloren gegangenes Wissen wieder...

19.04.2017 | nachricht Nachricht

Gelatine statt Unterarm

Die Eigenschaften von menschlicher Haut hängen stark von deren Hydration ab, einfach gesagt: dem Wassergehalt. Dies verändert etwa auch die Wechselwirkung mit Textilien. Bislang konnte man die Interaktion von menschlicher Haut mit Textilien nur mittels Probandenversuchen ermitteln. Nun haben Empa-Forschende ein künstliches Hautmodell auf Gelatinebasis entwickelt, das die menschliche Haut nahezu perfekt simuliert.

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19.04.2017 | nachricht Nachricht

Gelatine instead of forearm

The characteristics of human skin are heavily dependent on the hydration of the tissue - in simple terms, the water content. This also changes its interaction with textiles. Up to now, it has only been possible to determine the interaction between human skin and textiles by means of clinical trials on human subjects. Now, EMPA researchers have developed an artificial gelatine-based skin model that simulates human skin almost perfectly.

The moisture content of the human skin influences its characteristics. The addition of moisture softens the skin and changes its appearance. This can be seen...

19.04.2017 | nachricht Nachricht

Computers create recipe for two new magnetic materials

Magnets built atom-by-atom in first effort of its kind

Material scientists have predicted and built two new magnetic materials, atom-by-atom, using high-throughput computational models. The success marks a new era...

18.04.2017 | nachricht Nachricht

'Twist and shine': Development of a new photoluminescent sensor material

OIST researchers develop a material that shines under mechanical stress by incorporating a photoluminescent sensor molecule within a standard polymer.

Stress sensors are important tools when it comes to evaluating the robustness of a material facing strong mechanical forces. OIST researchers have just...

18.04.2017 | nachricht Nachricht

Low haze structures for transparent flexible electrodes by electrospinning processes

For flexible electrodes INM - Leibniz Institute for New Materials is working with the process of electrospinning, a technique that produces ultra-fine fibers that are up to 100 times thinner than a human hair. When conductive materials are spun, flexible conductive transparent electrodes could be produced. These FTCEs have transparencies comparable to indium tin oxide with low haze less than two percent.

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13.04.2017 | nachricht Nachricht

Transparente flexible Elektroden mit geringer Lichtstreuung durch Elektro-Spinning-Prozesse

Für die Entwicklung flexibler Elektroden nutzt das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien das Verfahren des sogenannten Elektrospinnens. Dabei werden Materialien in feinste Fasern versponnen, die hundertmal dünner als ein menschliches Haar sind. Diese schlagen sich als unstrukturiertes, weitmaschiges Netz auf Glas und auch auf Folie nieder. Mit dem Verspinnen von leitfähigen Materialien ergeben sich so transparente, flexible, leitfähige Elektroden, deren Streuverlust unter zwei Prozent liegt.

Ihre Ergebnisse und Möglichkeiten zeigen die Entwickler auf der diesjährigen Hannover Messe in Halle 2 am Stand B46 vom 24. bis 28. April.

Flexible, transparente Elektroden sind die Grundlage für Printed Electronics. Touchscreens und Displays der Zukunft werden gebogen und flexibel sein. Sie...

13.04.2017 | nachricht Nachricht

New 3-D printing method creates shape-shifting objects

A team of researchers from Georgia Institute of Technology and two other institutions has developed a new 3-D printing method to create objects that can permanently transform into a range of different shapes in response to heat.

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13.04.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

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Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

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Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

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