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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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New coating surface for superior rust resistance with 'colorless' color

Electrophoretic deposition coats metal with non-ionic polymer

Polymer chemists at Nagoya Institute of Technology in Japan invented a novel and simple coating process to color metals, leading to higher performance and...

02.05.2017 | nachricht Nachricht

Kunststoffstrang statt gefräster Facette: neue Methode zur Verbindung von Brillenglas und -fassung

Eine elastische Verbindung von Brillenglas und Brillenfassung statt der starren Verbindung durch Facette und Nut – mit diesem Konzept haben Absolventen der TH Köln das Unternehmen Shape Engineering GmbH gegründet. Bei ihrer patentierten Methode zur Brillenglasbearbeitung wird Material nicht nur weggefräst, sondern auch in einer Art 3D-Druck-Prozess hinzugefügt. Damit vereinfachen die Gründerinnen und Gründer den Fertigungsprozess, erhöhen die Sicherheit und erweitern den Gestaltungsspielraum von Brillendesignern. Gefördert werden sie durch das Programm EXIST-Forschungstransfer des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

„Mit unserem Verfahren wollen wir die Brillenfertigung revolutionieren und neue Qualitätsmaßstäbe setzen. Anstatt eine Facette aus dem Brillenglas...

28.04.2017 | nachricht Nachricht

Control of molecular motion by metal-plated 3-D printed plastic pieces

New 3-D-printing and electroplating method produces high-quality metal electrodes for molecular beam-splitters

Many measurement techniques, such as spectroscopy, benefit from the ability to split a single beam of light into two in order to measure changes in one of...

27.04.2017 | nachricht Nachricht

Move over, Superman! NIST method sees through concrete to detect early-stage corrosion

When you suffer a fall, an on-the-field collision or some other traumatic blow, the first thing the doctor will do is take an X-ray, CT scan or MRI to determine if anything has been damaged internally. Researchers at the National Institute of Standards and Technology (NIST) are using the same principle, but in a more powerful form, to detect corrosion, the primary danger threatening the health of the steel framework within the nation's bridges, roads and other aging physical infrastructure.

What they have developed is a noninvasive "spectral fingerprint" technique that reveals the corrosion of concrete-encased steel before it can cause any...

27.04.2017 | nachricht Nachricht

Scientist invents way to trigger artificial photosynthesis to clean air

Process produces energy at the same time

A chemistry professor in Florida has just found a way to trigger the process of photosynthesis in a synthetic material, turning greenhouse gases into clean air...

26.04.2017 | nachricht Nachricht

Researchers invent process to make sustainable rubber, plastics

Findings by scientists could transform the multi-billion-dollar plastics and rubber industries

Synthetic rubber and plastics - used for manufacturing tires, toys and myriad other products - are produced from butadiene, a molecule traditionally made from...

25.04.2017 | nachricht Nachricht

Nanoimprinted hyperlens array: Paving the way for practical super-resolution imaging

The concept of a perfect lens that can produce immaculate and flawless images has been the Holy Grail of lens makers for centuries. In 1873, a German physicist and optical scientist by the name of Ernst Abbe discovered the diffraction limit of the microscope. In other words, he discovered that conventional lenses are fundamentally incapable of capturing all the details of any given image. Since then, there have been numerous advances in the field to produce images that appear to have higher resolution than allowed by diffraction-limited optics.

In 2000, Professor Sir John B. Pendry of Imperial College London -- the John Pendry who enticed millions of Harry Potter fans around the world with the...

24.04.2017 | nachricht Nachricht

Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

24.04.2017 | nachricht Nachricht

Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton

Recycling von Baustoffen ist keine neue Erfindung, war aber in den vergangenen Jahrzehnten in Vergessenheit geraten. Aus Gründen der Energieeffizienz, aus Platzmangel und der Endlichkeit von Rohstoffen gewinnt es wieder an Aktualität. Bauingenieure der HTWG Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung arbeiten in einem Forschungsprojekt an der Etablierung von Recyclingbeton (R-Beton) in der Bauwirtschaft. Die Akzeptanz des Materials ist international sehr unterschiedlich.

„Der Wunsch nach Energieeffizienz und das Bewusstsein für die Endlichkeit des benötigten Materials veranlasst die Baubranche, verloren gegangenes Wissen wieder...

19.04.2017 | nachricht Nachricht

Gelatine statt Unterarm

Die Eigenschaften von menschlicher Haut hängen stark von deren Hydration ab, einfach gesagt: dem Wassergehalt. Dies verändert etwa auch die Wechselwirkung mit Textilien. Bislang konnte man die Interaktion von menschlicher Haut mit Textilien nur mittels Probandenversuchen ermitteln. Nun haben Empa-Forschende ein künstliches Hautmodell auf Gelatinebasis entwickelt, das die menschliche Haut nahezu perfekt simuliert.

Der Feuchtigkeitshaushalt der menschlichen Haut ist ein komplexes System. Feuchtigkeitszugabe strafft sie und verändert ihre Eigenschaften. Das lässt sich...

19.04.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

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....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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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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3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten