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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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Gelatine instead of forearm

The characteristics of human skin are heavily dependent on the hydration of the tissue - in simple terms, the water content. This also changes its interaction with textiles. Up to now, it has only been possible to determine the interaction between human skin and textiles by means of clinical trials on human subjects. Now, EMPA researchers have developed an artificial gelatine-based skin model that simulates human skin almost perfectly.

The moisture content of the human skin influences its characteristics. The addition of moisture softens the skin and changes its appearance. This can be seen...

19.04.2017 | nachricht Nachricht

Computers create recipe for two new magnetic materials

Magnets built atom-by-atom in first effort of its kind

Material scientists have predicted and built two new magnetic materials, atom-by-atom, using high-throughput computational models. The success marks a new era...

18.04.2017 | nachricht Nachricht

'Twist and shine': Development of a new photoluminescent sensor material

OIST researchers develop a material that shines under mechanical stress by incorporating a photoluminescent sensor molecule within a standard polymer.

Stress sensors are important tools when it comes to evaluating the robustness of a material facing strong mechanical forces. OIST researchers have just...

18.04.2017 | nachricht Nachricht

Low haze structures for transparent flexible electrodes by electrospinning processes

For flexible electrodes INM - Leibniz Institute for New Materials is working with the process of electrospinning, a technique that produces ultra-fine fibers that are up to 100 times thinner than a human hair. When conductive materials are spun, flexible conductive transparent electrodes could be produced. These FTCEs have transparencies comparable to indium tin oxide with low haze less than two percent.

Flexible, transparent, and conductive electrodes (FTCE) are a key enabling technology for the new generation of flexible, printable and wearable electronics....

13.04.2017 | nachricht Nachricht

Transparente flexible Elektroden mit geringer Lichtstreuung durch Elektro-Spinning-Prozesse

Für die Entwicklung flexibler Elektroden nutzt das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien das Verfahren des sogenannten Elektrospinnens. Dabei werden Materialien in feinste Fasern versponnen, die hundertmal dünner als ein menschliches Haar sind. Diese schlagen sich als unstrukturiertes, weitmaschiges Netz auf Glas und auch auf Folie nieder. Mit dem Verspinnen von leitfähigen Materialien ergeben sich so transparente, flexible, leitfähige Elektroden, deren Streuverlust unter zwei Prozent liegt.

Ihre Ergebnisse und Möglichkeiten zeigen die Entwickler auf der diesjährigen Hannover Messe in Halle 2 am Stand B46 vom 24. bis 28. April.

Flexible, transparente Elektroden sind die Grundlage für Printed Electronics. Touchscreens und Displays der Zukunft werden gebogen und flexibel sein. Sie...

13.04.2017 | nachricht Nachricht

New 3-D printing method creates shape-shifting objects

A team of researchers from Georgia Institute of Technology and two other institutions has developed a new 3-D printing method to create objects that can permanently transform into a range of different shapes in response to heat.

The team, which included researchers from the Singapore University of Technology and Design (SUTD) and Xi'an Jiaotong University in China, created the objects...

13.04.2017 | nachricht Nachricht

Surprisingly long lifetime of high adhesion property of plasma-treated PTFE

Osaka University researchers report heat-assisted plasma treatment can expand PTFE's applications to the medical and food fields

Polytetrafluoroethylene (PTFE), or Telfon® as it is better known, is used in a variety of daily products, from cookware to carpets, because of its non-sticky...

13.04.2017 | nachricht Nachricht

Gecomer®-Technology shows its performance in endurance tests

Researchers at the Leibniz Institute for New Materials (INM) have demonstrated the performance of their technology in endurance tests: Even after 500,000 testing cycles the dry adhesive structures work reliable. Thus, the next step towards industrial application is done.

Components with highly sensitive surfaces are used in automotive, semiconductor, display and optical technologies. During production, these parts have to be...

12.04.2017 | nachricht Nachricht

Improved corrosion protection with flake-type zinc-phosphate particles

To prevent corrosive substances from penetrating into materials, a common method is to create an anti-corrosion coating by applying paint layers of zinc-phosphate particles. Now, research scientists at INM – Leibniz Institute for New Materials developed a special type of zinc-phosphate particles: They are flake-like in shape because they are ten times as long as they are thick.

Large quantities of steel are used in architecture, bridge construction and ship-building. Structures of this type are intended to be long-lasting....

12.04.2017 | nachricht Nachricht

Group works toward devising topological superconductor

The experimental realization of ultrathin graphene - which earned two scientists from Cambridge the Nobel Prize in physics in 2010 - has ushered in a new age in materials research.

What started with graphene has evolved to include numerous related single-atom-thick materials, which have unusual properties due to their ultra-thinness....

12.04.2017 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
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Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

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Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten