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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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Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?

Intelligente Verpackungen können mehr als nur ein Produkt einpacken. Sie helfen bei der Identifikation und der Logistik der Produkte, sie schützen vor Diebstahl oder Produktpiraterie. Kern der neuen Möglichkeiten sind kleine Chips, RFID Labels oder generell gedruckte Elektronik. Dafür wird eine metallische Tinte aufgedruckt und anschließend durch Sintern leitfähig gemacht. Sintern von preisgünstigen Kupfertinten funktioniert besonders gut mit Flashlampen, da diese schneller sintern, als das Kupfer oxidieren könnte.

Heraeus Flash Systeme machen es möglich: Kupfertinte für smarte Verpackungen in Millisekunden sintern, ohne das Papier dabei zu schädigen

23.05.2017 | nachricht Nachricht

A new tool for discovering nanoporous materials

Materials classified as "nanoporous" have structures (or "frameworks") with pores up to 100 nm in diameter. These include diverse materials used in different fields from gas separation, catalysis, and even medicine (e.g. activated charcoal). The performance of nanoporous materials depends on both their chemical composition and the shape of their pores, but the latter is very difficult to quantify. So far, chemists rely on visual inspection to see whether two materials have similar pores. EPFL scientists, in the framework of NCCR-MARVEL, have now developed an innovative mathematical method that allows a computer to quantify similarity of pore structures. The method makes it possible to search databases with hundreds of thousands of nanoporous materials to discover new materials with the right pore structure. The work is published in Nature Communications.

The search for nanoporous materials

23.05.2017 | nachricht Nachricht

Did you know that packaging is becoming intelligent through flash systems?

Intelligent packaging can do more than just wrap a product. They help in the identification and logistics of the products, they protect against theft or product piracy. The core of the intelligent system are small chips, RFID labels or generally printed electronics. For this purpose, a metallic ink is printed and then made conductive by sintering. Sintering of low-cost copper inks works particularly well with flash lamps, since they sinter more rapidly than the copper could oxidize.

Heraeus Flash systems make it possible to sinter copper ink for smart packaging in milliseconds without damaging the paper

23.05.2017 | nachricht Nachricht

New approach to revolutionize the production of molecular hydrogen

Growing concern about the energy crisis and the seriousness of environmental contamination urgently demand the development of renewable energy sources as...

22.05.2017 | nachricht Nachricht

Photocatalyst makes hydrogen production 10 times more efficient

Hydrogen is an alternative source of energy that can be produced from renewable sources of sunlight and water. A group of Japanese researchers has developed a photocatalyst that increases hydrogen production tenfold.

The discovery was made by a joint research team led by Associate Professor TACHIKAWA Takashi (Molecular Photoscience Research Center, Kobe University) and...

19.05.2017 | nachricht Nachricht

Graphene-nanotube hybrid boosts lithium metal batteries

Rice University prototypes store 3 times the energy of lithium-ion batteries

Rice University scientists have created a rechargeable lithium metal battery with three times the capacity of commercial lithium-ion batteries by resolving...

19.05.2017 | nachricht Nachricht

Stanford scientists use nanotechnology to boost the performance of key industrial catalyst

A tiny amount of squeezing or stretching can produce a big boost in catalytic performance, according to a new study led by scientists at Stanford University and SLAC National Accelerator Laboratory.

The discovery, published May 18 in Nature Communications, focuses on an industrial catalyst known as cerium oxide, or ceria, a spongy material commonly used in...

18.05.2017 | nachricht Nachricht

Safe energy transport made easy – Adaptive processing of complex control data

Pipes for the oil and gas industry which are used to transport raw materials from the seabed to the surface, have to meet specific requirements. They are highly relevant to security because every single pipe must be able to fully withstand the enormous loads of deep-sea production. Hence, controlling the manufacturing process of wound thermoplastic fiber-reinforced pipes is extremely complex. The EU research project “ambliFibre”, consisting of thirteen international partners led by the Aachen-based Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, focuses on the manufacturing of these pipesand aims to develop an Industrie-4.0-compliant, highly flexible and reliable control system.

Pipes used for oil and gas transport in the deep sea must be able to withstand extreme loads caused by waves and pressure while remaining resistant against...

18.05.2017 | nachricht Nachricht

Oddball enzyme provides easy path to synthetic biomaterials

Materials scientists have written the recipe on how to use an oddball enzyme to build new biomaterials out of DNA. The work provides instructions for researchers the world over to build self-assembling molecules for applications ranging from drug delivery to nanowires.

The molecular machinery of the human body typically relies on genetic templates to carry out construction. For example, molecular machines called DNA...

17.05.2017 | nachricht Nachricht

Bacteria harness the lotus effect to protect themselves

Biofilms: Researchers find the causes of water-repelling properties

Dental plaque and the viscous brown slime in drainpipes are two familiar examples of bacterial biofilms. Removing such bacterial depositions from surfaces is...

17.05.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
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Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften