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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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For markets of the future, success depends on advanced materials

Technical Insights’ materials and chemicals research service: Advanced materials technology Advanced materials look set to revolutionize numerous applications in the 21st century. Scientists and engineers are undertaking extensive research activities in their quest to develop sophisticated new materials that are more durable, environmentally friendly, and energy efficient. "Advanced materials and chemicals are the enabling building blocks for future devices and systems, 19.03.2003 | nachricht Nachricht

New generation of advanced membranes

The development of a new generation of membranes based on conducting polymers has been the subject of a recent line of research in the Department of New Materials at CIDETEC, in association with the LEIA Technological Centre. This involves a field of work wherein the excellent advantages presented by electro-dialysis conventional membranes (continuous separation, low energy consumption, ease of combination with other separation processes, absence of additives) are combined with other, highl 18.03.2003 | nachricht Nachricht

Neue Werkstoffe, die unter Hochdruck entstehen

An der TU Darmstadt gelingt die Synthese von kubischem Zirconium und Hafnium Nitrid In der Märzausgabe 2003 von "nature materials", einer Zeitschrift aus dem renommierten US-amerikanischen Nature-Verlag, stellen Prof. Dr. Ralf Riedel, Dr. Andreas Zerr und Dr. Gerhard Miehe vom Fachbereich Material- und Geowissenschaften der TU Darmstadt ihre Forschungsergebnisse zur Hochdrucksynthese von Zirconium und Hafnium Nitrid vor, die zu neuen Übergangsmetallen von ausgezeichneter Härte und mit 11.03.2003 | nachricht Nachricht

Leitfähige Keramik zwingt Keime in die Knie

Universität Jena stellt auf der Terratec neue elektrolytische Entkeimung von Prozesswässern vor Algen, Pilze und Bakterien sind Kleinstlebewesen, die in Ökosystemen wie Flüssen und Seen wichtige Funktionen erfüllen. In Prozesswässern von Kühlkreisläufen in Industrieanlagen und Kraftwerken sind sie jedoch äußerst unerwünscht. Als Biofilm zusammengerottet verstopfen sie Filter und Ventile und bringen ganze Anlagen zum Erliegen. Die Folge: aufwändige Wartungsarbeiten, hohe Kosten. Wisse 11.03.2003 | nachricht Nachricht

Biologisch abbaubare Biotech-Faser entwickelt

US-Konzern Cargill kooperiert für Weiterentwicklung mit 85 Unternehmen Der US-Konzern Cargill Dow mit Sitz in Minnetonka/Minnesota und die Firma Unifi haben eine biologisch abbaubare Biotech-Faser entwickelt. Es soll die erste je von Menschenhand hergestellte Faser sein, die aus 100-Prozent nachwachsenden Rohstoffen besteht. Entwickelt wurde die Faser "Ingeo" aus auf Getreide-basiertem Kunststoff. Sie vereint laut Herstellern die Vorteile natürlicher Fasern, verfügt aber auch über di 10.03.2003 | nachricht Nachricht

Tief in den Schaum blicken

Die Natur macht es vor: Der Kiel einer Vogelfeder ist hohl und trotzdem stabil - ein fester Knochen oder Holz ist nicht massiv, sondern besitzt eine luftige Innenstruktur. Die Leichtigkeit des Seins hat längst auch in der Werkstoffentwicklung Einzug gehalten: Mit Metallschäumen beispielsweise lassen sich leichte und doch feste Bauteile fertigen. Solche Materialien besitzen filigrane dreidimensionale Mikrostrukturen, die aus Teilchen, Poren und Stegverbindungen bestehen und die unter anderem das mecha 10.03.2003 | nachricht Nachricht

Gemeinsamer Info-Service für die Werkstoff-Branche: DGM und NeMa kooperieren

Die NeMa-News, die aktuellen Online-Nachrichten aus der Werkstofftechnik, gibt es ab sofort auch für alle DGM-Interessenten kostenlos: Ihre Mitglieder und Kongressteilnehmer informiert die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde im prämierten Newsletter gezielt über materialwissenschaftliche Veranstaltungen und Weiterbildungsangebote. Die Interessengemeinschaft Neue Materialien e.V. (NeMa) und die Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) bündeln Ihren Info-Service: Die preisgekrön 07.03.2003 | nachricht Nachricht

Wärmedämmung mit Vakuum

Deutsche Forscher entwickeln nanostrukturierte Dämmplatten Im Zuge einer Analyse der deutschen Energiestatistik haben Forscher des bayrischen Zentrums für angewandte Energieforschung errechnet, dass der Bedarf an Raumheizwärme zu 25 Prozent zum CO2-Ausstoß beiträgt. Als vorrangiges Ziel der energetischen Sanierung wird daher der Einsatz von optimiertem Dämmmaterial in Angriff genommen. Neuentwickelte nanostrukturierte Vakuumdämmplatten sind in der Lage zehnmal so effektiv zu sein wie 07.03.2003 | nachricht Nachricht

Lotusblatt-Effekt für wasserfreie Oberflächen

Türkische Forscher bauen Struktur der heiligen Blumen künstlich nach Türkischen Wissenschaftlern ist es gelungen, die Oberfläche der Lotusblätter künstlich nachzubauen. Damit soll der so genannte "Lotus-Blatt-Effekt" , eine hochwirksame wasserabweisende Oberflächenstruktur, auch für die Industrie eingesetzt werden, berichtet die Nachrichtenagentur UPI. "Die neue Technik verspricht mit billigen Mitteln die Herstellung einer wasserabstoßenden Oberfläche", so Levent Demirel, P 03.03.2003 | nachricht Nachricht

Engineers Take New Look at StrengthofIndustrial Glass Fiber

An Ohio State University engineer and his colleagues have discovered something new about a 50-year-old type of fiberglass: it may be more than one and a half times stronger than previously thought. That conclusion, and the techniques engineers used to reach it, could help expand applications for glass fibers. Though the glass fiber industry is currently suffering the same economic woes as many other businesses, the time is right to lay the groundwork for future applications, said P 26.02.2003 | nachricht Nachricht
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Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

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Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

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Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

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Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

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Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

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