Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

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:

Seite anfang | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ende

Carnegie Mellon researchers create soft, flexible materials with enhanced properties

A team of polymer chemists and engineers from Carnegie Mellon University have developed a new methodology that can be used to create a class of stretchable polymer composites with enhanced electrical and thermal properties. These materials are promising candidates for use in soft robotics, self-healing electronics and medical devices. The results are published in the May 20 issue of Nature Nanotechnology.

In the study, the researchers combined their expertise in foundational science and engineering to devise a method that uniformly incorporates eutectic gallium...

24.05.2019 | nachricht Nachricht

Massivholz wird Textil - Endlosfaden aus Weidenholz

Wie können Textilien aus Massivholz gestaltet und gefertigt werden? Wie können Bauteile mit einem Endlosfaden aus Massivholz textil konstruiert werden? Mit diesen Fragen beschäftigt sich der Forschungsverbundes TETHOK – Textile Tektonik für den Holzbau an der Universität Kassel.

Ziel ist, die hervorragende Ökobilanz und Ästhetik von Massivholz mit den Vorzügen textiler Konstruktionen zu verbinden. Die Vorteile von Textilien liegen in...

24.05.2019 | nachricht Nachricht

Plumbene, graphene's latest cousin, realized on the 'nano water cube'

Two-dimensional materials made of Group 14 elements, graphene's cousins, have attracted enormous interest in recent years because of their unique potential as useful topological insulators.

In particular, the up-to-now purely theoretical possibility of a lead-based 2D honeycomb material, called plumbene, has generated much attention because it has...

23.05.2019 | nachricht Nachricht

New flatland material: Physicists obtain quasi-2D gold

Researchers from the MIPT Center for Photonics and 2D Materials have synthesized a quasi-2D gold film, showing how materials not usually classified as two-dimensional can form atomically thin layers.

Published in Advanced Materials Interfaces, the study shows that by using monolayer molybdenum disulfide as an adhesion layer, quasi-2D gold can be deposited...

23.05.2019 | nachricht Nachricht

Synthesis of helical ladder polymers

Ladder polymers -- molecules made of adjacent rings sharing two or more atoms -- are challenging to synthesize, because they require highly selective, quantitative reactions to avoid the formation of branching structures or of interruptions in the ring sequence in the polymer chain.

Moreover, most existing strategies for the synthesis of ladder polymers suffer from severe limitations in terms of selectivity and quantitativity. Another...

21.05.2019 | nachricht Nachricht

Ultra-thin superlattices from gold nanoparticles for nanophotonics

Physical chemistry: Publication in ACS Applied Materials & Interfaces

The group "Colloids and Nanooptics" of Prof. Dr. Matthias Karg at the Institute of Physical Chemistry has come up with a simple yet precise technique for...

21.05.2019 | nachricht Nachricht

Das programmierte Material

Die Eigenschaften von Werkstoffen voraussagen

Lassen sich Eigenschaften von Komposit-Materialien vorausberechnen? Empa-Spezialisten beherrschen das und helfen damit, Forschungsziele schneller zu erreichen....

21.05.2019 | nachricht Nachricht

Chinesische Gastwissenschaftlerin forscht an neuen Kunststoffen auf Basis nachwachsender Rohstoffe

Die chinesische Professorin Dr. Xinyan Shi von der Qingdao University of Science and Technology (QUST) ist derzeit zu Gast an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK). Am Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe beschäftigt sich die Forscherin mit dem 3D-Druck von Kunststoffen. Das Besondere: Es kommt der nachwachsende Rohstoff Cellulose zum Einsatz, der die Eigenschaften der gedruckten Bauteile verbessern soll. Shi ist im Rahmen eines Forschungsvorhabens an der TUK, das der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD) unterstützt.

Mithilfe von 3D-Drucktechniken lassen sich beispielsweise komplexe Bauteile aus Kunststoff einfach herstellen. Auch das Team um Professor Dr. Alois Schlarb am...

21.05.2019 | nachricht Nachricht

Cement as a climate killer: Using industrial residues to produce carbon neutral alternatives

Producing cement takes a big toll on our climate: Around eight per cent of annual global carbon dioxide emissions can be attributed to this process. However, the demand for cement continues to rise. A team of geoscientists from Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) has found a way to produce more environmentally friendly and sustainable alternatives. In the journal "Construction and Building Materials" they describe how industrial residues can be used to produce high-quality, climate-friendly materials.

The basic raw material for cement is limestone, which is converted to cement clinker in large furnaces. The environmental impact of this process is disastrous:...

20.05.2019 | nachricht Nachricht

Klimakiller Zement: Wie sich mit Industrieabfällen CO2-neutrale Alternativen herstellen lassen

Die Herstellung von Bauzement ist ein klimaschädlicher Prozess: Rund acht Prozent des weltweit jährlich ausgestoßenen Kohlenstoffdioxids (CO2) gehen darauf zurück. Gleichzeitig steigt der Bedarf nach dem Baumaterial aber weiter an. Ein Team von Geowissenschaftlern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat einen Weg gefunden, umweltfreundlichere und nachhaltigere Zementvarianten zu produzieren. Im Fachmagazin "Construction and Building Materials" beschreiben sie, wie mit Industrieabfällen hochwertige, klimaschonende Baustoffe hergestellt werden können.

Der Grundrohstoff für Zement ist Kalkstein, der in großen Öfen in Zementklinker umgewandelt wird. Die Ökobilanz dieses Vorgangs ist allerdings fatal. "Pro...

20.05.2019 | nachricht Nachricht
Seite anfang | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ende

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Colliding lasers double the energy of proton beams

Researchers from Sweden's Chalmers University of Technology and the University of Gothenburg present a new method which can double the energy of a proton beam produced by laser-based particle accelerators. The breakthrough could lead to more compact, cheaper equipment that could be useful for many applications, including proton therapy.

Proton therapy involves firing a beam of accelerated protons at cancerous tumours, killing them through irradiation. But the equipment needed is so large and...

Im Focus: Aluminium und Kupfer: Eine besondere Verbindung zur Effizienzsteigerung von elektrischen Antrieben

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM hat ein gießtechnisches Verfahren entwickelt, mit dem leistungsstarke Spulen für Elektromotoren gefertigt werden können. Eine Kombination aus hohem Nutfüllfaktor, exzellentem thermischen Verhalten und geringen Stromverdrängungsverlusten kann in der Maschinenauslegung auf vielfältige Weise genutzt werden. Die Erhöhung des Nutfüllfaktors ermöglicht auch die Verwendung von Aluminium zur Spulenherstellung. Die Herausforderung war bisher die funktionssichere Verschaltung der Aluminiumspulen mit Kupferleitern. In aktuellen Forschungsarbeiten wurde dieser Verfahrensschritt nun optimiert und qualifiziert.

Die mit gießtechnischen Verfahren herstellbare Spulengeometrie mit flacher Leiteranordnung bietet entscheidende Vorteile gegenüber konventionell hergestellten,...

Im Focus: Direkte Abbildung von Riesenmolekülen

Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.

Die optische Auflösung einzelner Konstituenten herkömmlicher Moleküle ist aufgrund der kleinen Bindungslänge im Sub-Nanometerbereich bisher nicht möglich....

Im Focus: New studies increase confidence in NASA's measure of Earth's temperature

A new assessment of NASA's record of global temperatures revealed that the agency's estimate of Earth's long-term temperature rise in recent decades is accurate to within less than a tenth of a degree Fahrenheit, providing confidence that past and future research is correctly capturing rising surface temperatures.

The most complete assessment ever of statistical uncertainty within the GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP) data product shows that the annual values...

Im Focus: Geometrie eines Elektrons erstmals bestimmt

Physiker der Universität Basel können erstmals zeigen, wie ein einzelnes Elektron in einem künstlichen Atom aussieht. Mithilfe einer neu entwickelten Methode sind sie in der Lage, die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Raum darzustellen. Dadurch lässt sich die Kontrolle von Elektronenspins verbessern, die als kleinste Informationseinheit eines zukünftigen Quantencomputers dienen könnten. Die Experimente wurden in «Physical Review Letters» und die Theorie dazu in «Physical Review B» veröffentlicht.

Der Spin eines Elektrons ist ein vielversprechender Kandidat, um als kleinste Informationseinheit (Qubit) eines Quantencomputers genutzt zu werden. Diesen Spin...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Effizientes Wertstoff-Recycling aus Elektronikgeräten

24.05.2019 | Veranstaltungen

Früherkennung 2.0: Mit Präzisionsmedizin Screeningverfahren weiterentwickeln

23.05.2019 | Veranstaltungen

Kindermediziner tagen in Leipzig

22.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

ReMaP – Schlüssel zu den Energiesystemen der Zukunft

27.05.2019 | Energie und Elektrotechnik

Denkende Fußgängerampeln: Neues System der TU Graz erkennt Kreuzungswunsch automatisch

27.05.2019 | Informationstechnologie

Neue Generation von SVP-Schlössern für Rohrrahmentüren von dormakaba

27.05.2019 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics