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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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„Gummimetalle“ ebnen den Weg für neue Anwendungen

Max-Planck Wissenschaftler entdecken Besonderheit in Kristallstruktur von Titanlegierung

Ein Metall das sich Kaugummi-artig verbiegen lässt und somit den Weg für neue industrielle Anwendungen zum Beispiel in der Luftfahrt eröffnet. Solche...

01.02.2017 | nachricht Nachricht

Gum metals pave the way for new applications

Max Planck scientists discover peculiarities in crystal structure of titanium alloy

Metals which can be bent as gum pave the way for new industrial applications for example in the aerospace industry. These so-called gum metals exist but the...

01.02.2017 | nachricht Nachricht

Microoptics – A smarter and faster way to replicate complex freeform structures

As a true 3D lithography technology Two-Photon Polymerization (2PP) allows to fabricate arbitrarily shaped microstructures especially suited for innovative optical applications. Up to now the technology has not reached industrial scale due to its rather limited throughput level. Fraunhofer ISC pursues different strategies to accelerate the process. The Institute presents its R&D competencies and latest technologies for optical and microoptical applications at the German Pavilion on the Photonics West in San Francisco from 31 January to 2 February 2017.

As of today, the fabrication of larger structures or larger batches of optical elements via 2PP takes too much time for an industrial scale production: 3D...

31.01.2017 | nachricht Nachricht

Absorbing electromagnetic energy while avoiding the heat

First demonstration of a metal-free metamaterial that can absorb electromagnetic energy

Electrical engineers at Duke University have created the world's first electromagnetic metamaterial made without any metal. The device's ability to absorb...

30.01.2017 | nachricht Nachricht

Zu 90 Prozent biobasiert: Biowerkstoff der Forschernachwuchsgruppe umhüllt Kugelschreiber

Mit dem „Slider Xite“ der Schneider Schreibgeräte GmbH kommt in diesen Tagen ein Kugelschreiber auf den Markt, dessen Hülle zu 90 Prozent aus biobasiertem Kunststoff besteht. Den Werkstoff auf Basis von Polymilchsäure (PLA) haben Wissenschaftler um V.-Prof. Dr.-Ing. Andrea Siebert-Raths von der Forschernachwuchsgruppe des IfBB - Instituts für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe an der Hochschule Hannover entwickelt und seine Verarbeitung zur fertigen Kugelschreiberhülle zusammen mit ihrem Industriepartner optimiert.

Mit seiner robusten Hülle ist der Kugelschreiber dem täglichen Einsatz im Alltag gewachsen und sticht zugleich optisch mit seiner strahlenden weißen Farbe...

30.01.2017 | nachricht Nachricht

Tatort Oberfläche: Spurensuche mit dem Technischen Wattestäbchen

Geringste Verunreinigungen auf Oberflächen können Qualitätsmängel verursachen. Regressforderungen, Produktionsausfälle, Rückrufaktionen sowie Imageschäden können die Folge sein. Der analytische Beweis bezüglich der Übeltäter ist oft knifflig. Dank des neuen, bei INNOVENT entwickelten, „Technischen Wattestäbchens“ ist die Probenentnahme in solchen schwierigen Fällen nun problemlos möglich und die Oberflächenkontaminationen können ohne Zerstörung des Bauteils direkt untersucht werden.

Im Gegensatz zum bekannten Wattestäbchen-Test für die DNA-Analyse übernehmen spezielle technische Fasern die Funktion der Watte. Durch die geometrische und...

27.01.2017 | nachricht Nachricht

Innovatives metallisches Papier am Fraunhofer IFAM Dresden entwickelt

Den Forschern des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ist es in Zusammenarbeit mit der Papiertechnischen Stiftung in Heidenau gelungen, durch die Kombination der Eigenschaften von Papier und Metall ein leichtes, flexibles und gleichzeitig festes Material zu entwickeln. Der metallische Werkstoff auf Basis eines metallisch gefüllten Sinterpapiers ist besonders gut geeignet für Anwendungen in der Filtration, als Membranmaterial, der Katalysatortechnik oder dem Wärmemanagement.

Die Basis dieser Technologie bilden Spezialpapiere, die mit sinterfähigen metallischen Partikeln gefüllt sind. Durch Wärmebehandlung werden die organischen...

26.01.2017 | nachricht Nachricht

Kieler Forschende können intelligentes Haftmaterial mit Licht fernsteuern

Haftmechanismen aus der Natur, wie Geckos und andere Tiere sie nutzen, wenn sie kopfüber an der Decke laufen, haben viele Vorteile: So sind sie beständig haftstark und das ohne Klebstoff oder Rückstände. Wie diese Mechanismen künstlich nachgebaut werden können, erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Einem interdisziplinären Forschungsteam aus der Materialwissenschaft, Chemie und Biologie ist es jetzt gelungen, ein bioinspiriertes Haftmaterial zu entwickeln, das über UV-Licht ferngesteuert werden kann. So ist es möglich, Objekte präzise im Mikrobereich zu transportieren.

Die Erkenntnisse könnten interessant sein für Anwendungen in der Robotik, Industrie und Medizintechnik. Die Ergebnisse des Kieler Forschungsteams wurden in der...

25.01.2017 | nachricht Nachricht

New discovery: Nanometric imprinting on fiber

Researchers at EPFL's Laboratory of Photonic Materials and Fibre Devices, which is run by Fabien Sorin, have come up with a simple and innovative technique for drawing or imprinting complex, nanometric patterns on hollow polymer fibers. Their work has been published in Advanced Functional Materials.

The potential applications of this breakthrough are numerous. The imprinted designs could be used to impart certain optical effects on a fiber or make it...

25.01.2017 | nachricht Nachricht

Researchers in Kiel can control adhesive material remotely with light

Adhesive mechanisms in the natural world, as used by geckos and other animals when they walk upside down on the ceiling, have many advantages: they are always strongly adhesive - and without any glues or residues. Scientists at Kiel University are researching how these mechanisms can be artificially created. An interdisciplinary research team from Materials Science, Chemistry and Biology has now succeeded in developing a bioinspired adhesive material that can be controlled remotely by using UV light. This way it is possible to precisely transport objects in a micro-range. The findings could be interesting for applications in the fields of robotics, industry and medical technology.

In nature, mechanical stimuli such as muscle movements ensure that animals’ legs adhere to surfaces and can be detached again. The scientists in Kiel are using...

25.01.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

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Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

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Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

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24.02.2017 | Veranstaltungen

 
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