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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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Portable nanofiber device offers precise, point-and-shoot capability

Fabricating 3-D tissue, smart fabrics

Harvard researchers have developed a lightweight, portable nanofiber fabrication device that could one day be used to dress wounds on a battlefield or dress...

02.03.2017 | nachricht Nachricht

Lebensdauer von Terrassendielen

Göttinger Wissenschaftler untersuchen Alterung von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen

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02.03.2017 | nachricht Nachricht

Materialwissenschaften: Der Herr der Risse

Seine Leidenschaft gilt Materialien, ihren Strukturen – und den Stellen, an denen sie brechen: Werkstoffwissenschaftler Prof. Dr. Erik Bitzek von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) erforscht, warum Dinge kaputt gehen. Nun hat Bitzek vom Europäischen Forschungsrat (ERC) einen der begehrten ERC Consolidator Grants in Höhe von zwei Millionen Euro erhalten. Ziel seines Forschungsprojekts „microKIc – Microscopic Origins of Fracture Toughness“ ist es, die Wechselwirkungen zwischen Rissen und Materialdefekten aufzuklären und die Einflussfaktoren, welche zu einer hohen Bruchfestigkeit führen, zu untersuchen.

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01.03.2017 | nachricht Nachricht

Zaubertinte aus der Nanowelt

Farben plasmonischer Drucke lassen sich durch eine chemische Reaktion verändern

Plasmonische Drucke sind um ein Vielfaches höher aufgelöst als herkömmlich gedruckte Bilder. Ihre Farben entstehen auf den Oberflächen winziger Metallpartikel,...

28.02.2017 | nachricht Nachricht

Triboelectric nanogenerators boost mass spectrometry performance

Triboelectric nanogenerators (TENG) convert mechanical energy harvested from the environment to electricity for powering small devices such as sensors or for recharging consumer electronics. Now, researchers have harnessed these devices to improve the charging of molecules in a way that dramatically boosts the sensitivity of a widely-used chemical analysis technique.

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28.02.2017 | nachricht Nachricht

Nano 'sandwich' offers unique properties

Rice University researchers simulate two-dimensional hybrids for optoelectronics

Rice University researchers have modeled a nanoscale sandwich, the first in what they hope will become a molecular deli for materials scientists.

28.02.2017 | nachricht Nachricht

Keramik ohne Brennofen

ETH-Materialwissenschaftler entwickelten eine neue Keramik-Herstellungsmethode. Dabei müssen die Ausgangsstoffe nicht gebrannt werden. Stattdessen werden sie bei Raumtemperatur bei hohem Druck zusammengepresst, was deutlich energieeffizienter ist.

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28.02.2017 | nachricht Nachricht

Existence of a new quasiparticle demonstrated

Angulon theory can explain 20 years of observations -- fast and efficient method to understand molecular interactions with surrounding material

How do molecules rotate in a solvent? Answering this question is a complicated task since the molecular rotation is perturbed by a very large number of...

28.02.2017 | nachricht Nachricht

Sustainable ceramics without a kiln

The manufacture of cement, bricks, bathroom tiles and porcelain crockery normally requires a great deal of heat: a kiln is used to fire the ceramic materials at temperatures well in excess of 1,000°C.

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28.02.2017 | nachricht Nachricht

New pop-up strategy inspired by cuts, not folds

The ancient art of kirigami is inspiring a new class of materials

Origami-inspired materials use folds in materials to embed powerful functionality. However, all that folding can be pretty labor intensive.

27.02.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

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Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

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Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

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Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

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22.03.2017 | Veranstaltungen

 
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Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

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22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie