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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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Rostschutz aus dem Vakuum

Schichten schützen Dosen oder Karosserieteile vor Rost und verbessern die Haftung von Lacken und Farben. Mit einer In-line-Beschichtungsanlage lassen sich im Vakuum hauchdünne Schutz- oder Funktionsschichten auf metallische Bänder und Platten aufbringen. Damit Cola nach Cola, Wasser nach Wasser oder Bier nach Bier und nicht nach »Dose« schmeckt, wird das Blech mit einer hauchdünnen Schutzschicht überzogen. Das schützt die Dosen gleichzeitig vor Rost. 13.09.2000 | nachricht Nachricht

Gebündelte Kompetenz im neu gegründeten Fraunhofer-Themenverbund Polymere Oberflächen (POLO)

Mit dem am 12. Juli 2000 offiziell vollzogenen Zusammenschluss von sieben Fraunhofer-Instituten wurde ein neuer Weg beschritten, die Entwicklung von Polymerprodukten zu forcieren. Der Themenverbund für funktionalisierte Polymeroberflächen, Grenzflächen und dünne Schichten, kurz POLO genannt, wurde auf Initiative von Dr.-Ing. Wolfgang Holley, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising, gegründet. Die Forschung und Entwicklun 04.09.2000 | nachricht Nachricht

Excimerlaser-Bearbeitung: Klare Strukturen unter dem Flüssigkeitsfilm

Ein Flüssigkeitsfilm auf Metall oder Keramik sorgt dafür, dass die Ergebnisse sehr viel exakter ausfallen, wenn diese Werkstoffe mit Laserstrahlen bearbeitet werden. Die Qualität kleinster Bauteile, die mit hoher Präzision gefertigt werden müssen, ist dadurch deutlich zu steigern. An der Universität Erlangen-Nürnberg erprobt Dipl.-Ing. Stephan Roth am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie von Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger die Möglichkeiten des dort entwickelten neuen Verfahrens, 30.08.2000 | nachricht Nachricht

Keramik aus Holz

Interdisziplinäres Projekt im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes "Analysis, Modellierung und Simulation von Mehrskalenproblemen" Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gehen Wissenschaftler an den Universitäten Augsburg und Erlangen-Nürnberg der Frage nach, wie sich die mechanischen Eigenschaften von aus Holz gewonnenen Keramiken optimieren lassen. Dieses interdisziplinäre Projekt "Structural Optimization of Biomorphic Cellular Silicon Carbide Ceram 25.08.2000 | nachricht Nachricht

Deutsche Nanotechnologie in USA erfolgreich

Forschungszentrum Karlsruhe schließt Lizenzvertrag mit amerikanischem Unternehmen Die US-Firma MACH 1 Inc. mit Sitz in King of Prussia, Pennsylvania, hat soeben mit dem Forschungszentrum Karlsruhe einen Lizenzvertrag über ein Verfahren zur Erzeugung von Nanopartikeln abgeschlossen. Mit dem vom Forschungszentrum entwickelten Verfahren können nackte und beschichtete Nanopartikel mit hoher Ausbeute hergestellt werden. Nach dem Aufbau einer Produktionsanlage will MACH 1 Nanopartikel f 24.08.2000 | nachricht Nachricht

MATFORM an der TU Darmstadt gegründet

Materialforschungsverbund Rhein-Main an der TU Darmstadt gegründet MATFORM heißt der Materialforschungsverbund Rhein-Main, der jetzt an der TU Darmstadt gegründet worden ist. Die Universität folgt damit dem Vorschlag des Wissenschaftsrates zur Gründung lokaler Kompetenzzentren, die Forschung, Entwicklung und Weiterbildung in der Kooperation über die Fächergrenzen hinweg und im engen Verbund mit der Industrie vorantreiben sollen. Für Materialforschung und Werkstoff 07.08.2000 | nachricht Nachricht

Lockerer Schwung aus der künstlichen Hüfte

Künstliche Hüftgelenke aus Keramik müssen auf lange Zeit und zuverlässig sehr hohe Belastungen aushalten. Mit einem neuen Prüfverfahren können die Beanspruchungen, die im Körper auf das Implantat wirken, wirklichkeitsnah nachgebildet werden. Jährlich erhalten allein in Deutschland 150 000 Menschen ein künstliches Hüftgelenk. Für einen langen und sorgenfreien Einsatz ist nicht nur eine gute medizinische Versorgung nötig, die Implantate müssen auch extrem be 04.08.2000 | nachricht Nachricht

Laserstrahlumformen: Eine Sekunde Hitze auf engstem Raum

Um mehr als zehntausend Grad in einer Sekunde heizen Werkstoffe sich auf und kühlen ebenso schnell wieder ab, wenn sie mit einem Laserstrahl in Form gebracht werden. Daß dabei auch die Mikrostruktur und damit die Eigenschaften des bearbeiteten Materials sich verändern, ist unvermeidlich; doch sollen die Bauteile sowohl exakt geformt sein als auch weiterhin beispielsweise bruch- und reißfest bleiben. Im Schwerpunktprogramm "Kurzzeitmetallurgie" fördert die Deutsche 13.07.2000 | nachricht Nachricht

EXPOnat lockt Experten fürs Beschichten und Entschichten an

Während die EXPO 2000 in Hannover sich um die Besucherzahlen sorgt, findet ihr "Ableger" an der Universität Dortmund zumindest hohes fachliches Interesse bei den Experten. Am 4. August 2000 haben sie Gelegenheit, die Technologie der Hochleistungsbeschichtung und -entschichtung nicht nur in Witten zu betrachten, sondern auch in einem Seminar auf dem Campus Nord der Dortmunder Uni ausgiebig zu diskutieren. Die Forscher setzen bei ihrem Seminar ein Que 11.07.2000 | nachricht Nachricht

Diamantähnliche Schichten helfen Sprit sparen

Wenn der Benzinpreis steigt, wird die Forderung nach sparsamen Autos lauter. Fraunhofer-Forscher versahen bewegliche Motorteile mit einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und erzielen damit große Wirkung: Der Spritverbrauch und die CO2-Emission sinken. Wie teuer wird der Sprit? Über diese Frage zerbrechen sich Autofahrer, Regierung und Lobbies den Kopf. Eins ist gewiss: Billiger wird er nicht. Mit Leichtbau-Karosserien oder neuen Motorenkonzepten versuc 06.07.2000 | nachricht Nachricht
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In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

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• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

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Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

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Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

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Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

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