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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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Spannung in der Forschung: Piezoelektrische Effekte zur Unterdrückung von Materialspannungen

Das Auftreten elektrischer Spannungen bei Verformungen zeichnet piezoelektrische Materialien aus – ein Effekt, der sich auch für die Vermeidung von mechanischen Spannungen in speziellen Materialien nutzen lässt. Ein aktuelles Projekt des Wissenschaftsfonds FWF leistet jetzt einen grundlegenden Beitrag zur Optimierung dieser "intelligenten Materialien".

Hohe mechanische Spannungen verkürzen das Leben eines Bauteils. Das gilt zumindest für alle Arten von Materialien. Deren Lebensdauer hängt ganz entscheidend...

30.03.2015 | nachricht Nachricht

Sequencing the DNA of Things with the Materials Genomics Initiative

The process of trial and error in scientific research is costly and time-consuming. And while scientific innovation and discovery is necessary to find solutions to some of society’s largest challenges — think clean energy, national security, more accessible technologies —the development of new, more efficient materials typically take decades and millions of dollars.

Since 2011, the Federal government has invested more than $250 million in research and development, and innovation infrastructure to support the use of...

30.03.2015 | nachricht Nachricht

Electrifying Research: Piezoelectric Effects for the Suppression of Material Stresses

The generation of electrical charges in response to mechanical deformation is a distinctive feature of piezoelectric materials. This property can be used to avoid mechanical stresses in special materials. A project currently funded by the Austrian Science Fund FWF will make a key contribution to the optimisation of these "intelligent materials".

High levels of mechanical stress reduce the lifespan of construction components. This is true for all types of materials; exposure to mechanical stress is a...

30.03.2015 | nachricht Nachricht

Recipe for antibacterial plastic: Plastic plus egg whites

Bioplastics show promise in search for antibacterial packaging

Bioplastics made from protein sources such as albumin and whey have shown significant antibacterial properties, findings that could eventually lead to their...

30.03.2015 | nachricht Nachricht

Material für dichtere Magnetspeicher

Neue Legierungen, die sich stark magnetisieren lassen, ermöglichen höhere Speicherdichten auf Festplatten

Informationstechnologie ist heute auch eine Herausforderung für die Materialwissenschaft: Sie braucht Materialien mit neuen magnetischen Eigenschaften, etwa...

27.03.2015 | nachricht Nachricht

ORNL-Led Team Demonstrates Desalination with Nanoporous Graphene Membrane

Less than 1 percent of Earth’s water is drinkable. Removing salt and other minerals from our biggest available source of water—seawater—may help satisfy a growing global population thirsty for fresh water for drinking, farming, transportation, heating, cooling and industry. But desalination is an energy-intensive process, which concerns those wanting to expand its application.

Now, a team of experimentalists led by the Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory has demonstrated an energy-efficient desalination technology...

27.03.2015 | nachricht Nachricht

Quadratische Eiskristalle aus der Nanowelt: Überraschungsfund im „Graphen-Sandwich"

Forscher der Universitäten Ulm, Manchester und der University of Science and Technology of China haben erstmals mittels hochaufgelöster Elektronenmikroskopie quadratische Nano-Eiskristalle zwischen zwei Graphenschichten nachgewiesen. Eigentlich kommen solche Kristalle in sechseckiger Form vor -- zum Beispiel in Schneeflocken. Dieser Zufallsfund, der unter anderem für die Materialwissenschaft und Nanotechnologie wichtig ist, zeigt wieder einmal, dass in der "Nanowelt" ganz eigene Gesetze gelten. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Fest, flüssig und gasförmig. Die Aggregatzustände des Wassers lernt jedes Kind in der Schule kennen. Und auch in der Wissenschaft zählt Wasser sicherlich zu...

27.03.2015 | nachricht Nachricht

Behind the dogmas of good old hydrodynamics

A new theory, which gives new insights into the transport of liquid flowing along the surface under applied electric field, was developed by the group of Russian scientists lead by Olga Vinogradova, professor at the Lomonosov Moscow State University

A new theory, which gives new insights into the transport of liquid flowing along the surface under applied electric field, was developed by the group of...

26.03.2015 | nachricht Nachricht

Rare-earth innovation to improve nylon manufacturing

The Critical Materials Institute, a U.S. Department of Energy Innovation Hub led by the Ames Laboratory, has created a new chemical process that makes use of the widely available rare-earth metal cerium to improve the manufacture of nylon.

The process uses a cerium-based material made into nanometer-sized particles with a palladium catalyst to produce cyclohexanone, a key ingredient in the...

26.03.2015 | nachricht Nachricht

Mit Sicherheit gerne getragen! – Optimierte Kopfschutzsysteme für Beruf und Freizeit

Der Frühling steht vor der Tür – und mit ihm beginnt die Saison für Outdoor-Sportarten. Fahrradfahrer, Inlinerskater und Motorradfahrer zieht es mit Macht nach draußen – hoffentlich mit Schutzhelm auf dem Kopf.

Doch ein Helm kann nur dann vor ernsthaften Kopfverletzungen schützen, wenn er perfekt zur individuellen Kopfgröße und Kopfform seines Trägers passt. Das gilt...

26.03.2015 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln Mess-System für Schiffbau-Versuchsanstalten

Durch wissenschaftlich fundierte Daten der Forscher um Professor Nils Damaschke vom Institut für Allgemeine Elektrotechnik der Universität Rostock wird es künftig möglich, die Propellerform für Schiffe so zu optimieren, dass weniger Kraftstoff verbraucht und der Propellerverschleiß auf Grund von Kavitation reduziert werden kann. Die Wissenschaftler arbeiten inzwischen an der weiteren Verfeinerung eines kommerziellen Mess-Systems für die weltweit agierenden Schiffbau-Versuchsanstalten.

Kleinste Partikel spielen im täglichen Leben eine immer größere Rolle. Ob es sich um Schadstoffe in der Luft (Feinstaubbelastung) oder Zerstäubungsprozesse...

Im Focus: Den Synapsen bei der Arbeit zusehen

Göttinger Forscher beobachten Synapsenaktivität im Gehirn lebender Fruchtfliegen

Wissenschaftler der Universität Göttingen haben mit einer neuen Methode die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn lebender Fruchtfliegen beobachtet. Bislang...

Im Focus: FiberLab-Roboter begeistert auf Photonics West in San Francisco

Mit ihrem „humanisierten“ Roboter zeigten Anna Lena Baumann und Wolfgang Schade erstmalig die erfolgreiche Umsetzung der 3D-Navigation über eine neuartige Lasermethode, der Standard Single-Mode-Glasfaser. Mehr als 17.000 Teilnehmer konnten den Roboter und FiberLab, das erste Projekt des Photonik Inkubators in Göttingen, auf der Photonics West in San Francisco kennen lernen.

Mit Hilfe eines in die Kleidung eingenähten Fasersensors wurden Armbewegungen eines Probanden dokumentiert und nach entsprechender Auswertung an den Roboter...

Im Focus: Femto Photonic Production: Neue Verfahren mit Ultrakurzpulslasern für die Fertigung von morgen

Für die deutsche Wirtschaft spielt die Lasertechnik eine herausragende Rolle: Etwa 40 Prozent der weltweit verkauften Strahlquellen und 20 Prozent der Lasersysteme für die Materialbearbeitung stammen aus Deutschland.

Beim Einsatz von Lasern in der Produktion sind deutsche Unternehmen führend. Diese Stärken gilt es zu erhalten und auszubauen. Deswegen hat das...

Im Focus: Theorie der starken Wechselwirkung bestätigt: Supercomputer bestimmt Neutron-Proton-Massendifferenz

Nur weil das Neutron ein klein wenig schwerer ist als das Proton, haben Atomkerne genau die Eigenschaften, die unsere Welt und letztlich unsere Existenz ermöglichen.

80 Jahre nach der Entdeckung des Neutrons ist es einem Team aus Frankreich, Deutschland und Ungarn unter Führung des Wuppertaler Forschers Zoltán Fodor nun...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Premiere für die "innteract conference"

30.03.2015 | Veranstaltungen

Startup Weekend: In 54 Stunden von der Gründungsidee zur Firmengründung

30.03.2015 | Veranstaltungen

Große Bühne für Wissenschaft in drei Minuten

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BLS Cargo bestellt 15 Mehrsystem-Loks

30.03.2015 | Unternehmensmeldung

Elastografie verbessert Therapie bei Morbus Crohn

30.03.2015 | Medizintechnik

Premiere für die "innteract conference"

30.03.2015 | Veranstaltungsnachrichten