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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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Modellprojekt: Keramische Werkstoffe für die Biotechnologie

Ein Forschungsteam der FH Gießen-Friedberg entwickelt aus keramischen Werkstoffen innovative Produkte für die Biotechnologie. Einsatzgebiete sind die pharmazeutische Forschung und Produktion sowie die Lebensmitteltechnologie. Das Modellprojekt "Biocera" wird von der Hessischen Technologiestiftung gefördert. Es hat ein Finanzvolumen von ca. 1,3 Millionen DM. Leiter des Projekts ist Prof. Dr. Peter Czermak vom Fachbereich Krankenhaus und Medizintechnik, Umwelt- 04.12.2000 | nachricht Nachricht

Forscher entwickeln Jalousien mit Durchblick

Es ist Hochsommer, und die Sonne knallt mal wieder voll ins Büro. Wie schön wäre es jetzt, eine Jalousie zu haben, die allzu grelle Strahlen zurückhält, trotzdem genug Licht in den Raum lässt und durch die man außerdem noch einen Blick nach draußen werfen kann! An einem solchen Sonnenschutz tüfteln Würzburger Forscher in Zusammenarbeit mit drei mittelständischen Unternehmen. Die Funktionsweise des "transparenten Sonnenschutzes" ist verblüffend einfach 01.12.2000 | nachricht Nachricht

Ypsilon aus Kohlenstoff

Am Berliner Max-Born-Institut haben Wissenschaftler erstmals Y-förmige einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren nachgewiesen/ Mögliche Alternativen für die Elektronik der Zukunft Erstmals konnten Wissenschaftler vom Berliner Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) das Wachstum von einwandigen Y-förmigen Nanoröhren mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops nachweisen. Die winzigen Kohlenstoffmoleküle haben einen Durchmesser von etwas meh 27.11.2000 | nachricht Nachricht

Metalle bis ins Innerste durchleuchten

FH Aalen erhält einzigartigen Computertomographen zur 3D-Bauteilprüfung (27.11.00) Für die Fehlersuche in Körpern existieren zahlreiche Verfahren. Eine moderne Methode in der Medizin ist die Computertomographie. Dabei wird der menschliche Körper mittels Röntgenstrahlung scheibchenweise aufgenommen, und die zweidimensionalen Schnitte werden zu dreidimensionalen Bilder zusammenmontiert. Diese Bilder geben dann Auskunft über (krankhafte) Veränderungen des Körpers und s 27.11.2000 | nachricht Nachricht

Geringere Fügekräfte, besserer Halt

Sie verbinden unterschiedliche Werkstoffe und greifen den Oberflächenschutz nicht an: Mechanische Verbindungstechniken wie das Durchsetzfügen sind in der blechverarbeitenden Industrie weit verbreitet. Eine Weiterentwicklung, das »Radial-/Taumelclinchen«, erweitert den Anwendungskreis des Clinchens nun auch auf Verbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind. Blechverbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind, werden bislang p 17.11.2000 | nachricht Nachricht

Neue hoch kriechbeständige Magnesiumlegierungen entwickelt

Dr.-Ing. Frank von Buch gelang es in seiner am Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik der TU Clausthal angefertigten Dissertation hoch kriechbeständige Magnesiumlegierungen (Magnesium-Scandium-Mangan) zu entwickeln. Sie sind auch noch bei 350 Grad Celsius kriechbeständig. Ihre Kriechgeschwindigkeit liegt um zwei Zehnerpotenzen unter denen der leistungsstärksten herkömmlichen Magnesiumlegierungen. Politik und Öffentlichkeit fordern: Ressourcen schone 15.11.2000 | nachricht Nachricht

Hochleistungs-Spurenanalytik

Exzeptionelle Senkung der Nachweisgrenzen durch aufschlussfreies Feststoffverfahren »A.M.S.El.« akronymisiert sich der Arbeitskreis für Mikro- und Spurenanalyse der Elemente und Elementspezies der Fachgruppe Analytische Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Die Spurenanalytiker spüren winzigste Mengen von Fremdelementen in einer Grundsubstanz, der Matrix auf. Sie tun es keineswegs nur aus theoretischem Interesse, sondern mit praktischem Ziel, zum Beis 15.11.2000 | nachricht Nachricht

Transparente Scheibenheizung

Der Winter steht vor der Tür. Ein Übel der kalten Jahreszeit sind beschlagene und zugefrorene Autoscheiben. Fraunhofer-Forscher entwickelten ein Verfahren, mit dem sie transparente und leitfähige Schichten herstellen können - die ideale Scheibenheizung. Allüberall werben Reifenhändler für neue Winterreifen. Ein deutliches Zeichen dafür, dass die nasse und kalte Jahreszeit mit Riesenschritten heraneilt. Mit sich bringt sie zugefrorene, kaum frei gekratzte 13.11.2000 | nachricht Nachricht

Keramische Kraftwerke

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Luft umweltfreundlich in Strom und Wärme um. Ein spezieller Typ mit keramischen Elektroden arbeitet bei hohen Temperaturen sehr effizient auch mit Erdgas. So eignet er sich zum Einsatz in Blockheizkraftwerken. Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft. Er ist unerschöpflich verfügbar und bei seiner Verbrennung entsteht das Treibhausgas Kohlendioxid überhaupt nicht. Ebenso umweltfreundlich wandeln Brennstoff 13.11.2000 | nachricht Nachricht

Nickelfreie Sinterstähle

Getriebeteile im Auto sind hochbelastete Bauteile. Um wirtschaftliche Vorteile zu erzielen, werden diese Teile aus Sinterstählen gefertigt, die ihre besondere Festigkeit etwa durch Zusatz von Nickel erhalten. Nun gibt es einen gesundheits- und umweltfreundlichen nickelfreien Ersatz. Wenn tonnenschwere Lkws oder Traktoren anfahren oder in einen höheren Gang geschaltet werden, dann knirscht es schon mal im Getriebe. Selbst in einem Pkw sind Maschinen- un 13.11.2000 | 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.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

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.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

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.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

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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Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

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Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie