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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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Quantum control

Scientists develop quantum metamaterial from complex twin qubits

An international team consisting of Russian and German scientists has made a breakthrough in the creation of seemingly impossible materials. They have managed...

24.01.2018 | nachricht Nachricht

Forscher decken die grundsätzliche Limitierung im Schlüsselmaterial für Festkörperbeleuchtung auf

Zum ersten Mal hat eine internationale Forschungsgruppe den Kernmechanismus aufgedeckt, der den Indium(In)-Einbau in Indium-Galliumnitrid ((In, Ga)N)-Dünnschichten begrenzt - dem Schlüsselmaterial für blaue Leuchtdioden (LED). Die Erhöhung des In-Gehalts in InGaN-Dünnschichten ist der übliche Ansatz, die Emission von III-Nitrid-basierten LEDs in Richtung des grünen und roten Bereiches des optischen Spektrums zu verschieben, welcher für die modernen RGB-LEDs notwendig ist. Die neuen Erkenntnisse beantworten die langjährige Forschungsfrage: Warum scheitert dieser klassische Ansatz, wenn wir versuchen, effiziente grüne und rote LEDs auf InGaN-Basis zu gewinnen?

Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet der grünen LEDs und Laser gelang es den Forschern nicht, einen höheren Indium-Gehalt als 30% in den Dünnschichten zu...

24.01.2018 | nachricht Nachricht

Siberian scientists suggested a new method for synthesizing a promising magnetic material

Scientists from Siberian Federal University (SFU) together with their colleagues from the Institute of Chemistry and Chemical Technology of Siberian Department of Russian Academy of Sciences and Kirensky Institute of Physics of Siberian Department of Russian Academy of Sciences used a new method for synthesizing iron-dysprosium garnet. Magnetic materials of this class are used in microwave and magnetic photon equipment. Iron-dysprosium garnet is understudied and may have previously unknown properties. The article was published in Materials Science and Engineering journal.

Although the method of anion resin exchange precipitation has been known since 1960s-1970s, it was only used to synthesize the hydroxides of aluminum, chrome...

23.01.2018 | nachricht Nachricht

Neue „Arbeitskluft“ für Polizei und Feuerwehr soll Einsätze und Umwelt schützen

Wasser als Basis für Schutzbeschichtung von Arbeitsbekleidung – DBU fördert mit 305.000 Euro

Das Herstellen der wasserdichten und atmungsaktiven Arbeitskleidung für etwa Feuerwehrleute und Polizisten soll zukünftig höchsten ökologischen Anforderungen...

23.01.2018 | nachricht Nachricht

Komplexe Parkettmuster, außergewöhnliche Materialien

Ein internationales Forscherteam unter Führung der Technischen Universität München (TUM) hat einen Reaktionsweg entdeckt, der exotische Schichten mit halbregulärer Struktur erzeugt. Solche Materialien sind interessant, weil sie häufig außerordentliche Eigenschaften besitzen. Bei dem Verfahren verbinden sich einfachere organische Moleküle zu größeren Bausteinen, die dann komplexe, halbreguläre Muster erzeugen.

Um eine Fläche mit gleichförmigen Kacheln lückenlos zu pflastern, kommen nur wenige geometrische Grundformen in Frage: Dreiecke, Vierecke und Sechsecke. Mit...

23.01.2018 | nachricht Nachricht

Complex tessellations, extraordinary materials

An international team of researchers lead by the Technical University of Munich (TUM) has discovered a reaction path that produces exotic layers with semiregular structures. These kinds of materials are interesting because they frequently possess extraordinary properties. In the process, simple organic molecules are converted to larger units which form the complex, semiregular patterns.

Only a few basic geometric shapes lend themselves to covering a surface without overlaps or gaps using uniformly shaped tiles: triangles, rectangles and...

23.01.2018 | nachricht Nachricht

Thanks for the memory: NIST takes a deep look at memristors

In the race to build a computer that mimics the massive computational power of the human brain, researchers are increasingly turning to memristors, which can vary their electrical resistance based on the memory of past activity. Scientists at the National Institute of Standards and Technology (NIST) have now unveiled the long-mysterious inner workings of these semiconductor elements, which can act like the short-term memory of nerve cells.

Just as the ability of one nerve cell to signal another depends on how often the cells have communicated in the recent past, the resistance of a memristor...

22.01.2018 | nachricht Nachricht

Let the good tubes roll

Inspired by biology, a PNNL-led team of scientists has created new tiny tubes that could help with water purification and tissue engineering studies

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19.01.2018 | nachricht Nachricht

Method uses DNA, nanoparticles and lithography to make optically active structures

Technique could lead to new classes of materials that can bend light, such as for those used in cloaking devices

Northwestern University researchers have developed a first-of-its-kind technique for creating entirely new classes of optical materials and devices that could...

19.01.2018 | nachricht Nachricht

White graphene makes ceramics multifunctional

Rice University study shows 2-D layers of boron nitride could aid strength, toughness and thermal conductivity of ceramics

A little hBN in ceramics could give them outstanding properties, according to a Rice University scientist.

16.01.2018 | nachricht Nachricht
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In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

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Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

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Im Focus: Neuer Quantenspeicher behält Information über Stunden

Information in einem Quantensystem abzuspeichern ist schwer, sie geht meist rasch verloren. An der TU Wien erzielte man nun ultralange Speicherzeiten mit winzigen Diamanten.

Mit Quantenteilchen kann man Information speichern und manipulieren – das ist die Basis für viele vielversprechende Technologien, vom hochsensiblen...

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