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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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Transparent, conductive films promising for developing flexible screens

Researchers demonstrate silver-based electrode films that could be used for flexible touch displays, televisions and solar cells

Researchers have demonstrated large-scale fabrication of a new type of transparent conductive electrode film based on nanopatterned silver. Smartphone touch...

07.06.2018 | nachricht Nachricht

FEFU scientists have created a new type of optical ceramic material

Multilayer YAG/Nd3+:YAG/YAG composite laser ceramics with a high concentration of active additive outclassed the commercial glass and single crystals used in laser technologies by it's physical and mechanical characteristics. The slope efficiency of the new one is at least twice as the existed materials have got.

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07.06.2018 | nachricht Nachricht

Wissenschaftler der BTU stellen neue hoch verschleißbeständige Beschichtungen vor

Das Fachgebiet Fertigungstechnik/Tribologie der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg gestaltet am 7. Juni den Innovationstag Mittelstand 2018 des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie in Berlin mit. Auf dem Freigelände der AiF Projekt GmbH Freigelände, Tschaikowskistr. 49, in 13156 Berlin ist die BTU von 10 bis 16 Uhr erneut mit diesem Fachgebiet unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ralf Winkelmann vertreten, um ein erfolgreiches Kooperationsprojekt zu präsentieren.

Gemeinsam mit einem Unternehmen der Wirtschaft sowie mit Vertretern der Hochschule Niederrhein unter Leitung von Prof. Johannes Wilden ist es der...

07.06.2018 | nachricht Nachricht

Stahl-Aluminium-Mischverbindungen mit dem Laser schnell und sicher fügen

Für den Automobilbau der Zukunft braucht es belastungsangepasste und leichte Bauteile aus Stahl-Aluminium-Mischverbindungen. Im Forschungsvorhaben LaserLeichter hat das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) einen Remote-Laserstrahlschweißprozess entwickelt, mit dem dreidimensionale Strukturen aus Stahl und Aluminiumlegierungen schnell und zuverlässig gefügt werden können.

Robuste und leichte Bauteile aus Stahl-Aluminium-Mischver­bindungen eignen sich ideal zur Verringerung des Fahrzeuggewichts und können zur Reduzierung des...

05.06.2018 | nachricht Nachricht

Polymer researchers discover path to sustainable and biodegradable polyesters

There's a good chance you've touched something made out of the polyolefin polymer today. It's often used in polyethylene products like plastic bags or polypropylene products like diapers.

As useful as polyolefins are in society, they continue to multiply as trash in the environment. Scientists estimate plastic bags, for example, will take...

04.06.2018 | nachricht Nachricht

Researchers create new programmed shape-morphing scaffolds enabling facile 3-D endothelialization

Recently, a research team led by Dr. DU Xuemin at the Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) of the Chinese Academy of Sciences created a new shape-morphing scaffold, enabling programmed deformation from a 2D planar cell-laden structure to a well-defined 3D tubular shape, which facilitated the facile 3D endothelialization of small-diameter vascular grafts.

The paper entitled "Programmed Shape-Morphing Scaffolds Enabling Facile 3D Endothelialization" was published in Advanced Functional Materials.

01.06.2018 | nachricht Nachricht

Nanotechnologie: biokompatibler Film, der Abstoßung von Bioelektroden verhindert

Ein neues, unbedenklich einsetzbares Material, das für Forschungszwecke ins Gehirn implantiert werden könnte? Prof. Paolo Lugli und Forscher Aniello Falco von der Freien Universität Bozen (Südtirol) haben mit dem photolithografischen Film SU8 ein Material entdeckt, das zur Herstellung von Elektroden verwendet werden kann, die für menschliches Gewebe unbedenklich sind.
Mögliche zukünftige Anwendungen? Zur Erforschung von Epilepsie oder zur Wiederherstellung des Sehvermögens bei Patienten mit geschwächtem Sehnerv. Die Studie wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature Scientific Reports veröffentlicht.

Die Entdeckung der Forschungsgruppe Nanoengineering an der Freien Universität Bozen - koordiniert von Prof. Paolo Lugli und seinem Assistenten, dem Forscher...

30.05.2018 | nachricht Nachricht

Researchers predict materials to stabilize record-high capacity lithium-ion battery

Advancement could pave the way for less expensive, longer-lasting batteries for electric vehicles

A Northwestern University research team has found ways to stabilize a new battery with a record-high charge capacity. Based on a lithium-manganese-oxide...

30.05.2018 | nachricht Nachricht

'Smart' material enables novel applications in autonomous driving and robotics

Liquid crystal shells

Research led by scientists from the University of Luxembourg has shown the potential of liquid crystal shells as enabling material for a vast array of future...

30.05.2018 | nachricht Nachricht

An elastic fiber filled with electrodes set to revolutionize smart clothes

It's a whole new way of thinking about sensors. The tiny fibers developed at EPFL are made of elastomer and can incorporate materials like electrodes and nanocomposite polymers. The fibers can detect even the slightest pressure and strain and can withstand deformation of close to 500% before recovering their initial shape. All that makes them perfect for applications in smart clothing and prostheses, and for creating artificial nerves for robots.

The fibers were developed at EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fiber Devices (FIMAP), headed by Fabien Sorin at the School of Engineering. The...

30.05.2018 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

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