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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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Nanoröhren gegen Materialbruch

"Sandwich-"Methode erhöht Festigkeit Kleine, aber äußerst robuste Kohlenstoff-Nanoröhren zwischen zwei Kunststoffschichten sind laut Angaben ihrer Entwickler die neue "revolutionäre" Errungenschaft in der Nanotechnologie. Das Material sei sechs Mal stärker als herkömmliche Bestandteile aus Kohlenstoff-Fasern und damit so robust wie einige ultrafeste Keramikmaterialien. Der Werkstoff könnte in der Weltraumtechnik und bei medizinischen Implantaten eingesetzt werden, berichtet das inter 14.10.2002 | nachricht Nachricht

Bloodworm’s way with copper likely provides paradigm for new materials

Researchers report in the Oct. 11 "Science" the first detection of a living organism that makes a copper-containing mineral structure as part of its skeleton. The finding is remarkable because the amount of copper detected in the jaw tip of the marine bloodworm would normally be toxic to an organism. The researchers determined that copper also occurs in non-mineral form in the bloodworm jaw where it may act as a structural element in cross-linking long chains of fibrous proteins. According 11.10.2002 | nachricht Nachricht

Better metal forming: magnetic pulses “bump” metal into shape

A process developed at Ohio State University for shaping metal parts using magnetism has reached a new milestone -- one that may cut manufacturing costs and help preserve the environment. The process could also expand manufacturers’ choice of available metals, and enable the use of aluminum parts in lighter, fuel-efficient automobiles. Glenn S. Daehn, professor of materials science and engineering, and his colleagues pioneered hybrid electromagnetic metal forming in 1999, while col 10.10.2002 | nachricht Nachricht

Forschung und Industrie setzen auf den Rohstoff Stärke

Stärkeverbund II: 9 Vorhaben zu neuen Anwendungsmöglichkeiten gestartet Mit dem Stärkeverbund II will die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) nun auf die positiven Ergebnisse des von 1998 bis 2001 laufenden Vorgängervorhabens aufbauen. Sowohl grundlagennahe als auch anwendungsorientierte Projekte sollen das Potenzial des Stärke besser nutzbar machen. Der Verbund von sieben Forschungsinstitutionen und dreizehn Industriepartnern belegt, wie effektiv beide Seiten mittlerweile 10.10.2002 | nachricht Nachricht

Neuer Werkstoff erobert die Kunststoffindustrie

Mit der Entwicklung eines zukunftsträchtigen Werkstoffes werden neue Maßstäbe bei der Herstellung von Kunststoff gesetzt. Auch der Grafitbergbau profitiert davon Mit einem neuen für die Kunststoffindustrie revolutionären Werkstoff läßt die österreichische Montanuniversität Leoben aufhorchen. Einem Kunststofftechniker ist es gelungen, durch die Mischung des Kunststoffes Polypropylen mit Grafit und durch Zugabe von Tensiden die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Materialien z 07.10.2002 | nachricht Nachricht

Intelligent materials

The technology centre GAIKER of the Basque Country is working on a project whose aim is to develop intelligent polymers and discover their opportunities. Similarly, it will study the possibilities to introduce those polymers in the existing structures in order to promote their applicability and to create new enterprise initiatives. GAIKER researches in polymers the elaboration and transformation of intelligent materials. For that aim, it develops its own technologies and then adjust them to 02.10.2002 | nachricht Nachricht

MIT model predicts birthplace of defect in a material

Applications include nanotechnology, more Defects such as cracks in a material are responsible for everything from malfunctioning microchips to earthquakes. Now MIT engineers have developed a model to predict a defect’s birthplace, its initial features and how it begins to advance through the material. The model could be especially useful in nanotechnology. "As devices get smaller and smaller, understanding the phenomena of defect nucleation and growth becomes more and more 02.10.2002 | nachricht Nachricht

Nanozylinder ebnen den Weg zur Kunststoffelektronik

Internationalem Forscherteam gelingt erstmals Synthese neuartiger supramolekularer Materialien für die Optoelektronik aus organischen Kristallen und Polymeren Konventionelle organische Moleküle und leitfähige Polymere zu hochsymmetrisch strukturierten Materialien mit neuartigen elektronischen Eigenschaften zu vereinen, ist einem deutsch-amerikanischen Wissenschaftlerteam mit einer neuen Synthese-Strategie gelungen. Nach Anbringen spezifischer funktioneller Gruppen organisieren sich die 30.09.2002 | nachricht Nachricht

M-Line Pro: kostenlos zum richtigen Werkstoff per Mausklick

Der Bayerische Forschungsverbund Materialwissenschaften (FORMAT) präsentiert auf der Materialica 2002 (Halle B1, Stand B1.105) das materialwissenschaftliche Online-Informationssystem M-Line Pro. Damit lässt sich online nach Werkstoffen und nach Werkstoffexperten recherchieren. Das werkstoffübergreifend ausgerichtete System enthält schon mehr als 1150 Datenblätter zu Metallen und Keramiken, die Integration der Polymere ist angelaufen. Die Aufnahme von Verbundwerkstoffen und Naturstoffen ist für die na 27.09.2002 | nachricht Nachricht

Angehende Chirurgen üben an Modellknochen aus Polyurethan-Hartschaum

Übung macht den Meister. Das gilt selbstverständlich auch für Ärzte. Wie aber kann ein Knochenchirurg eine neue Operationsmethode üben, wenn nicht am lebenden Objekt? Früher hieß die Alternative: "An der Leiche" oder an reichlich vorhandenen Schafsknochen. Ersteres warf hygienische, logistische und schließlich auch ethische Fragen auf, letzteres brachte Probleme mit sich, da Tierknochen den menschlichen Gebeinen nur bedingt ähneln. Seit einigen Jahren heißt die Lösung "Polyurethan" - 26.09.2002 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

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Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

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DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
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Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik

IVAM-Produktmarkt „High-tech for Medical Devices“ auf der COMPAMED 2017

18.10.2017 | Messenachrichten