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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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Neutronendiffraktion zur Prüfung polykrystalliner Werkstoffe

Die Werkstoffprüfung spielt eine wichtige Rolle in den verschiedensten Industriezweigen, da ein Verständnis für die Bindungs-, Leistungs- und Materialeigenschaften von Hybrid- und Verbundwerkstoffen unabdingbar ist. Das Institut für Kerphysik in der Tschechischen Republik hat eine neue, zerstörungsfreie Technik entwickelt, die bei der Prüfung komplexerer Materialeigenschaften gute Dienste leistet. Es gibt eine ganze Reihe von Verfahren zur Werkstoffprüfung, die jeweils bestimmte industriel 02.09.2003 | nachricht Nachricht

Innovative Solarmodulkonzepte

Die Solarstromwirtschaft boomt: Weltweit werden jährlich Solarmodule mit einer Fläche von etwa vier Millionen Quadratmeter neu installiert. In Europa dürfte der sonnenreiche Sommer dieser Entwicklung noch einen zusätzlichen Schub verleihen. Allein die deutsche Solarindustrie erwartet für dieses Jahr ein Umsatzwachstum von 25 Prozent. Einzig die hohen Kosten für die Produktion von Solarmodulen stehen einer noch schnelleren Verbreitung der Technologie entgegen. Rund 30 Prozent des Verkaufspreises für S 02.09.2003 | nachricht Nachricht

Erste thermoplastische LKW-Motor-Ölwanne weltweit

„LU-Ölwanne“ haben die Entwickler von Kunststofftechnik Sachsen GmbH & Co.KG, Ottendorf-Okrilla, ihr Bauteil genannt. Die weltweit erste LKW-Ölwanne aus einem thermoplastischen Kunststoff ist Mitte Juli mit dem Sonderpreis der Society of Plastics Engineers (SPE), dem Grand Innovation Award 2003, ausgezeichnet worden. Mit dem Kunststoff Ultramid® und ihrer gesamten Erfahrung in Konstruktion und Design konnten die Fachleute der BASF zu dem Erfolg beitragen. Die Ölwanne und der LKW
28.08.2003 | nachricht Nachricht

Nanometer-sized particles change crystal structure when they get wet

As scientists shrink materials down to the nanometer scale, creating nanodots, nanoparticles, nanorods and nanotubes a few tens of atoms across, they’ve found weird and puzzling behaviors that have fired their imaginations and promised many unforeseen applications. Now University of California, Berkeley, scientists have found another unusual effect that could have both good and bad implications for semiconductor devices once they’ve been shrunk to the nanometer scale. Th 28.08.2003 | nachricht Nachricht

Seeschwamm gibt Tipps für Telekabel

Hightech-Glasfaserkabel auf Basis eines einfachen Meeresbewohners Forscher der Bell Laboratories haben in einem Meeresschwamm ein optimales Baumuster für neue Glasfaserkabel entdeckt. Die neuen Faserkabel haben im Vergleich zu herkömmlichen in Fabriken hergestellten Kabeln einige Vorteile: Sie können nicht brechen, berichten die Forscher in der jüngsten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature. Der Meeresschwamm mit dem lateinischen Namen Euplectella (Bild) wird auch als Gl 21.08.2003 | nachricht Nachricht

Kunststoffe als chemische Sensoren

Die Wissenschaftler Salah Boussaad und Nong Jian Tao von der Arizona State University in Tempe haben einen empfindlichen chemischen Sensor konstruiert. Dazu verwenden die Forscher eine kleine Quarzstimmgabel, deren offenes Ende mit einem nur etwa 500 Nanometer dicken Faden aus einer Nitrocelluloseverbindung überbrückt ist. Nach der Aktivierung des Sensors bewirken sich anlagernde Verbindungen signifikante Veränderungen der Schwingungsamplitude, diese lassen sich elektronisch auswerten. In e 14.08.2003 | nachricht Nachricht

Neues Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Thermotest heißt ein neues Gerät zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, das von Wissenschaftlern an einer russischen Universität entwickelt wurde und Materialdefekte präzise aufspürt, ohne den Prüfling zu beschädigen. Die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung (Non-Destructive Testing, NDT) beschäftigt sich mit der Erkennung und Analyse von Materialfehlern. Dazu zählen unter anderem Risse, unerwünschte Einschlüsse, die nach dem Gießvorgang zurückgeblieben sind, oder Inhomogenitäten in den strukt 05.08.2003 | nachricht Nachricht

Schnellere und leichtere Handhabung von flexiblen Materialien

Die meisten Fertigungsunternehmen, die mit Kabeln oder empfindlichen Materialien umgehen, setzen heute verstärkt Automations-Steuerungssysteme ein. In vielen Fällen sind solche automatisierten Steuerungen nicht nur extrem komplex, sondern verursachen auch erhebliche Schwierigkeiten beim Umgang von Materialien, die keine hohen mechanischen Beanspruchungen vertragen. Ein italienischer Partner des HANDFLEX-Forschungsprojekts verfügt jetzt über Softwareentwicklungs-Tools für die Verwendung oder Herstellu 05.08.2003 | nachricht Nachricht

Polymer Foams as Charge Carriers

A research team in Austria has been unravelling the secrets of the charging of plastic foams. Its findings open the way for the development of flat microphones and loudspeakers, as well as "smart" surfaces that could be used as floor coverings, among other things. The interest in the success of the group´s work - which was co-funded by the Austrian Science Fund (FWF) - has resulted in the integration of the project in a European interdisciplinary research network. During a thunder st 04.08.2003 | nachricht Nachricht

Leitfähige Diamantschicht für Bauteile von Hochleistungspumpen

Dünne Schichten aus Diamant sind unvergleichlich hart und glatt und schützen stark beanspruchte Maschinenbauteile bestens vor Verschleiß. Außerdem leiten die Kohlenstoff-Kristalle überschüssige Wärme ab; nur dem elektrischen Strom setzen sie hohen Widerstand entgegen. Deshalb dürfen explosive Substanzen in einer Pumpe nicht mit diamantbeschichteten Teilen in Kontakt kommen. An der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Diamantforschungsgruppe des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Technologie der M 31.07.2003 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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