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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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Superior 'bio-ink' for 3D printing pioneered

Rutgers researchers are developing materials to help grow human tissues

Rutgers biomedical engineers have developed a "bio-ink" for 3D printed materials that could serve as scaffolds for growing human tissues to repair or replace...

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New threads: Nanowires made of tellurium and nanotubes hold promise for wearable tech

Wearable tech and electronic cloth may be the way of the future, but to get there the wiring needs to be strong, flexible and efficient.

Boron nitride nanotubes (BNNT), studied by physicists at Michigan Technological University, encase tellurium atomic chains like a straw, which could be...

11.02.2020 | nachricht Nachricht

Kick-off for European battery research project SeNSE

On Monday, February 10, 2020, the European battery research project SeNSE was officially launched. Over the next four years, five research institutes and six industrial companies from seven European countries will work together to find solutions for the next generation of lithium-ion batteries. Also on board as a partner is the Swedish company Northvolt, which intends to set up two large-scale production facilities (gigafactories) for vehicle batteries in Europe in the next few years. The research project is coordinated by Empa researcher Corsin Battaglia and his team. The EU is supporting SeNSE with 10 million euros.

The demand for batteries for electric cars will increase dramatically in the next few years. At present, more than 90 percent of these batteries come from Asia.

10.02.2020 | nachricht Nachricht

Silver sawtooth creates valley-coherent light for nanophotonics

Scientists at the University of Groningen used a silver sawtooth nanoslit array to produce valley-coherent photoluminescence in two-dimensional tungsten disulfide flakes at room temperature. Until now, this could only be achieved at very low temperatures. Coherent light can be used to store or transfer information in quantum electronics. This plasmon-exciton hybrid device is promising for use in integrated nanophotonics (light-based electronics). The results were published in Nature Communications on 5 February.

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10.02.2020 | nachricht Nachricht

Roll up

New research builds upon carbon nanotubes to create a novel functional structure

For decades, carbon nanotubes held great promise of developments in the field of electronics and more. But one drawback to realizing these innovations has been...

06.02.2020 | nachricht Nachricht

Dank neuer Erkenntnisse bald Supraleitung bei Raumtemperatur?

Ein Forscherteam aus der Schweiz, den USA und Polen hat eine einzigartig hohe Dichte von Wasserstoffatomen in einem Metallhydrid nachgewiesen. Die kleineren Abstände zwischen den Atomen könnten es ermöglichen, deutlich mehr Wasserstoff in das Material zu packen – bis zu einem Punkt, an dem es bei Raumtemperatur und Normaldruck zum Supraleiter werden könnte.

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04.02.2020 | nachricht Nachricht

New insights could lead to superconductivity in ambient conditions

A team of researchers from Switzerland, the US and Poland have found evidence of a uniquely high density of hydrogen atoms in a metal hydride. The smaller spacings between the atoms might enable packing significantly more hydrogen into the material to a point where it could begin to superconduct at room temperature and ambient pressure.

The scientists conducted neutron scattering experiments at the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in the US on samples of zirconium vanadium hydride at...

04.02.2020 | nachricht Nachricht

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Flexible sheet-type magnetic sensor systems developed with tenfold improvement in sensitivity

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Sustainable 3D-printed super magnets

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From wind turbines and electric motors to sensors and magnetic switching systems: permanent magnets are used in many different electrical applications. The...

30.01.2020 | nachricht Nachricht
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Im Focus: Computersimulationen stellen bildlich dar, wie DNA erkannt wird, um Zellen in Stammzellen umzuwandeln

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Die Identität einer Zelle wird dadurch bestimmt, ob die DNA zu einem beliebigen Zeitpunkt „gelesen“ oder „nicht gelesen“ wird. Die Signalisierung in der Zelle,...

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Bei dem ungewöhnlichen Material handelt es sich um ein Eisenoxid mit der Zusammensetzung Fe₅O₆. In einem Hochdrucklabor des Bayerischen Geoinstituts (BGI),...

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Study by Mainz physicists indicates that the next generation of neutrino experiments may well find the answer to one of the most pressing issues in neutrino physics

Among the most exciting challenges in modern physics is the identification of the neutrino mass ordering. Physicists from the Cluster of Excellence PRISMA+ at...

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