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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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Ultra-thin coating traps DNA on a leash

A coating that tethers DNA to a glass surface and allows the molecule to attach in three different places could make DNA microarrays denser and more affordable, according to Penn State material scientists. DNA is the basis of enormous efforts in research and development in pharmaceutical and chemical industries across the country. To assay large numbers of DNA fragments, researchers use DNA microarrays – sometimes called biochips or genome chips. Currently, manufacture of these chips is time 05.12.2003 | nachricht Nachricht

Metallic foams

INASMET Technological Centre is working on a project to develop metallic foams. Metal foams and cellular metals have become one the preferred research fields in mew materials in recent times. Given their special structure and extreme lightness, they have enormous potential for use in a never-ending list of applications in diverse industrial sectors. Metallic foams are, as their name indicates, metallic materials with a porous structure. They can take either the form an open structure of int 04.12.2003 | nachricht Nachricht

Autolack wird kratzfester durch Nano-Partikel

Mercedes-Benz bietet ab Ende 2003 als nach eigenen Angaben weltweit erster Autohersteller einen besonders kratzfesten Autolack an. Der so genannte Nano-Lack schütze deutlich besser vor Kratzern etwa in der Autowaschanlage, berichtete DaimlerChrysler am Mittwoch in Stuttgart. Der in vier Jahren entwickelte Lack enthalte mikroskopisch kleine Keramikpartikel, die beim Aushärten eine sehr dichte Netzstruktur bildeten. Versuche in Autowaschanlagen hätten eine um das dreifache verbesserte Kratzbes 04.12.2003 | nachricht Nachricht

New Production Technique May Let Scientists Fine-Tune Strength and Conductivity of Nanotube-Laced Materials

Materials fortified with carbon nanotubes are strongest when the embedded filaments run parallel to each other, but electronic and thermal conductivity are best when the nanotubes are oriented randomly. That the finding from a team of engineers at the University of Pennsylvania who have developed a production technique that permits a finer and more precise dispersion of nanotubes within a material. The results, which could give scientists the tools to customize nano-tube-laced materials to 03.12.2003 | nachricht Nachricht

Materials could make for super LEDs, solar cells, computer chips

Engineers at Ohio State University have overcome a major barrier in the manufacture of high quality light emitting devices and solar cell materials. Steven Ringel, professor of electrical engineering, and his colleagues have created special hybrid materials that are virtually defect-free -- an important first step for making ultra-efficient electronics in the future. The same technology could also lead to faster, less expensive computer chips. Ringel directs Ohio Sta 03.12.2003 | nachricht Nachricht

Alte Autoreifen dienen dem Umweltschutz

Jae Park und seine Kollegen vom Department für Ingenieur- und Umweltwissenschaften von der University of Wisconsin in Madison, haben festgestellt, dass sich das Granulat von geschredderten Altreifen hervorragend eignet, um Grundwasser vor organischen Düngemitteln und Pestiziden zu schützen. Dazu wird der zerkleinerte Reifengummi als Zwischenschicht in das Erdreich eingelagert. Insbesondere für Nitrate besitzen die Pneus ein ausgezeichnetes Absorptionsvermögen. Gerade für Golfplätze könnte d 03.12.2003 | nachricht Nachricht

Papierdünne 20%-Solarzellen mit neuer Technologie

Ein aufmerksamer Blick auf aktuelle Meldungen aus der Solarstrombranche zeigt, dass Materialeinsparung und höhere Wirkungsgrade für die Solarzellenhersteller im Mittelpunkt stehen. Die Notwendigkeit, beide Ziele gleichzeitig zu erreichen, ergibt sich aus den relativ hohen Kosten für das Ausgangsmaterial kristallines Silicium, aus dem mehr als 90% aller weltweit hergestellten Solarzellen bestehen. Im Labor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE wurde jetzt eine 37 Mikrometer (µm) dünne 02.12.2003 | nachricht Nachricht

New look at layered material lends insight to silicon

Engineers at Ohio State University and their colleagues have taken an unprecedented look at the interface between layers of silicon and other materials in electronic devices. What they have learned may help traditional microelectronics remain vital to industry longer than most experts expect. It may even aid the design of other devices where one material meets another -- including medical implants. Using computer simulation, the engineers demonstrated for the first time how 02.12.2003 | nachricht Nachricht

Forscher entwickeln kalt verformbaren Kunststoff

Materialwissenschaftler um Anne M. Mayes vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge haben einen neuartigen Kunststoff entwickelt, der sich bereits bei Raumtemperatur allein durch Druck verformen lässt. Die Forscher nutzen dazu eine Mischung aus zwei unterschiedlichen Polymeren, die eine hohe beziehungsweise eine niedrige Glasübergangstemperatur besitzen. Das Material mit dem Namen BAROPLASTIC wird als pulverförmiges Gemisch aus dem vergleichsweise starren Polystyrol und dem rela 01.12.2003 | nachricht Nachricht

Bioverbunde erobern moderne Leichtbaukonstruktionen

Mit Unterstützung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) ebnet die Invent GmbH Naturfaserverbundwerkstoffen den Weg in neue Anwendungen. Neben einem Kajak und einem Messestand soll auch ein Motorradhelm aus dem Bioverbund entwickelt werden. Ziel ist es, die Kombination aus Naturfasergewebe und Pflanzenölmatrix für die Serienproduktion von Massengütern reif zu machen. Naturfaserverbundwerkstoffe haben ein großes Potenzial, darin sind sich die Experten einig. Da die Fasern von F 28.11.2003 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

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Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

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