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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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Neue Sicherheit mit bekannten Materialien

Nanosolutions setzt Sicherheitsstandard der Zukunft „Wir haben ein neues Sicherheitskonzept entwickelt. Dabei haben wir von Anfang an großen Wert auf das Zusammenwirken der Nano-Kristalle mit herkömmlichen Materialien gelegt. Und am Ende haben wir die Kristalle mit der Tinte vermengt, wie sie auch in industriellen Tintenstrahldruckern verwendet wird“, so Fernando Ibarra (31), Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Nanosolutions. Die Verwendung fluoreszierend 29.06.2002 | nachricht Nachricht

"Intelligenter" Klebstoff ist ein- und ausschaltbar

Das Forscherteam Sureurg Khontong und Gregory Ferguson von der Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania hat einen Klebstoff entwickelt, dessen Klebrigkeit ein- und ausgeschaltet werden kann. Der "intelligente" Kleber wird darüber hinaus mit schwindender Klebekraft wasserabstoßend. Wie die Wissenschaftler im Fachmagazin Nature berichten, haftet das gummiartige Polymer an Metallen, lockert sich bei einer Erwärmung auf 80 Grad Celsius um 44 Prozent. Die Entwickler sehen das Material als eine 26.06.2002 | nachricht Nachricht

Plastikproblem "aufgelöst"

Plantic Technologies bringt Material mit einstündiger Abbaubarkeit auf den Markt Biologisch abbaubare Lebensmittel-Verpackungen, die kostenmäßig mit herkömmlichem Verpackungs-Plastik konkurrieren können, sind in Australien in greifbare Nähe gerückt. Noch in diesem Jahr wird das australische Start-up Plantic Technologies ein auf Getreidestärke basierendes Bioplastik auf den Markt bringen, das sich bei Temperaturen von bis zu 0,5 Grad Celsius abbaut. Einzige Voraussetzung dafür sind Feu 25.06.2002 | nachricht Nachricht

Schwitzende Kleiderpuppen geben Designern Inputs

Transpirierende Mannequins unterstützen Materialforschung Forscher des Institute of Textiles and Clothing der Hong Kong Polytechnic University entwickeln zurzeit ein Mannequin, das schwitzt, sich bewegt und dessen Körpertemperatur der des Menschen entspricht. Die transpirierende Kleiderpuppe soll Bekleidungshersteller bei der Entwicklung neuer Materialien unterstützen. Wie die Konstrukteure im Fachmagazin New Scientist berichten, sollen die Einsatzmöglichkeiten von Militär- und Sport 21.06.2002 | nachricht Nachricht

Basis für industrielle Fertigung von Kunststoff-Solarzellen

Oldenburg. Um die anwendungsnahe Entwicklung von kostengünstigen Dünnschicht-Solarzellen auf Kunststoffbasis geht es in einem Projekt, an der die Universität Oldenburg, Fachbereich Physik (Prof. Dr. Jürgen Parisi, Priv.-Doz. Dr. Vladimir Dyakonov) maßgeblich beteiligt ist. Weitere Partner des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 1,4 Mio. EURO geförderten Vorhabens sind außerdem die Universität Ulm, die TU Dresden, das Max-Planck-Institut für Polymerforschung Mainz, das 20.06.2002 | nachricht Nachricht

Colloidal inks form self-supporting scaffolds through robocasting

A new way to assemble complex, three-dimensional structures from specially formulated colloidal inks could find use in advanced ceramics, sensors, composites, catalyst supports, tissue engineering scaffolds and photonic materials. As will be reported in the July 9 issue of the journal Langmuir, scientists have developed colloidal, gel-based inks that form self-supporting features through a robotic deposition process called robocasting. A computer-controlled robot squeezes the ink out of a s 20.06.2002 | nachricht Nachricht

Kunststoffe mit Erinnerungsvermögen

Selbstreparierende Kotflügel und intelligente Implantate - Formgedächtnispolymere als Materialien der Zukunft Es hat gerumst, der Kotflügel ist eingedellt. Ein neuer ist fällig. Wäre es nicht schön, die Delle könnte - schwupps - einfach wieder verschwinden? Derartige "intelligente" Materialien sind bereits in der Entwicklung, wie Andreas Lendlein und Steffen Kelch in einem Übersichtsartikel in der Angewandten Chemie erklären. Formgedächtnispolymere, so heißt das Zauberwort: Nach ei 11.06.2002 | nachricht Nachricht

Kunststoff-Composites ersetzen Aluminium an den Tragflächen

Eine tragende Rolle spielen faserve rstärkte Composites (CFK) aus dem Hochleistungs-Kunststoff Fortron (Polyphenylensulfid/PPS) der Ticona in den neuen Airbus-Serien A340-500/600 und A380. Auf Einladung von Airbus Toulouse und dem Luftfahrtpresseclub Deutschland stellten Prof. Ernst Schadow, Celanese AG, und Gunther Reitzel, Ticona, Fortron und dessen Einsatz in der Luftfahrtindustrie vor. „Unsere Kompetenz und Innovationsfähigkeit liegen in Chemie und Hochleistungskunststoffen. Ich bin stol 05.06.2002 | nachricht Nachricht

Fußgängerschutz dank Technobein

Im vergangenen Jahr starben in Deutschland »nur« knapp 7 000 Menschen im Straßenverkehr, also rund 19 täglich. Dieser, seit 1953 historische Tiefstand, der wohl Airbags und Anti-Blockier-Systemen zu verdanken ist, stellt jedoch für Sicherheitstechniker keinen Anlass dar, die Hände in den Schoß zu legen. Ziel einer EU-Norm ist es, innerhalb der kommenden acht Jahre die Anzahl der Verkehrstoten fast zu halbieren. Ein deutliches Augenmerk richtet sich auch auf Fußgänger, die immerhin zu einem Siebtel i 04.06.2002 | nachricht Nachricht

In-Line-Press-Coating: Saubere Alternative zur Holzlackierung

Für das Beschichten von Holzteilen gibt es wegen der oft komplexen Teilegeometrien und der werkstoffspezifischen Eigenschaften keine effizienten Lackierverfahren, was Kosten und Umweltbelastung angeht. Die Lackmaterialnutzungsgrade liegen bei der gängigen Spritzlackierung derzeit zwischen 20 und 60 Prozent. Das In-Line-Press-Coating ist ein neues Beschichtungskonzept, das die Spritzlackierung künftig ablösen könnte. Teile aus Holz und Holzwerkstoffen werden häufig im Spritzlackierver 28.05.2002 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
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Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie