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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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Adsorbent material developed with PET bottles for the removal of antibiotics from water

High-purity organic ligand was extracted from PET waste bottles and used to develop a high-efficiency adsorbent. The material maintained its adsorption properties even after repeated use, indicating wide applicability for water treatment.

South Korea with its high antibiotic use is categorized as a country at high risk of the emergence of *multi drug-resistant bacteria, or so-called "super...

24.04.2020 | nachricht Nachricht

Researchers use electrostatic charge to assemble particles into materials mimicking gemstones, salt

Process offers a simple and scalable approach to particle self-assembly

Using just electrostatic charge, common microparticles can spontaneously organize themselves into highly ordered crystalline materials--the equivalent of table...

23.04.2020 | nachricht Nachricht

Ein alternativer Ansatz zur Untersuchung intrinsischer Eigenschaften von Festkörpermaterialien

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften intermetallischer Verbindungen werden durch die Realstruktur der synthetisierten Materialien bestimmt und stark durch strukturelle Unvollkommenheiten, wie z.B. Verspannung, Versetzungen oder beigemischte Phasen beeinflusst. Dies führt zu widersprüchlichen Berichten zu bekannten und – auf den ersten Blick – ausgiebig untersuchten Materialien.

Unter diesen Materialien befindet sich TaGeIr mit der Kristallstruktur vom MgAgAs-Typ. Um den Ursprung der widersprüchlichen Berichte zu TaGeIr verstehen zu...

23.04.2020 | nachricht Nachricht

Additive Ideen gefragt: Projekt AMable fördert flexible AM-Lösungen gegen das Coronavirus

Das Coronavirus legt derzeit das öffentliche und private Leben lahm und vielerorts fehlt es an medizintechnischer Ausstattung und Lösungen zum Schutz gegen die Ausbreitung des Virus. Zusammen mit Institutionen aus ganz Europa unterstützt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT im EU-Projekt AMable Unternehmen bei der Realisierung von Additive-Manufacturing-Ideen, mit denen sich Engpässe besser überwinden lassen. Nachdem AMable bereits KMU erfolgreich den Weg zum industriellen 3D-Druck mit Metall und Kunststoff geebnet hat, bieten die Partner nun Hilfe und öffentliche Fördermittel für COVID-19-Projekte an.

Die AMable-Partner rufen dazu auf, in einem ersten Schritt Ideen und in einem zweiten Schritt passende Lösungskonzepte für die additive Herstellung neuer...

22.04.2020 | nachricht Nachricht

Additive ideas in demand: the AMable project promotes flexible AM solutions to fight the coronavirus

The coronavirus is currently paralyzing public and private life and in many places there is a lack of medical equipment and viable solutions to protect society against the spread of the virus. Together with institutions from all over Europe, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT is supporting companies in the EU project AMable in implementing Additive Manufacturing ideas that will help overcome bottlenecks in this fight. Now that AMable has already successfully paved the way for SMEs to industrial 3D printing with metal and plastic, the partners are offering aid and public funding for COVID-19 projects.

The AMable partners are calling for ideas to be submitted in a first step and applicable solutions for the additive manufacture of new products in a second...

22.04.2020 | nachricht Nachricht

Keramikschichten für Hochtechnologien: Bayreuther Wissenschaftler optimieren neues Sprühverfahren

Keramikbeschichtungen konnten lange Zeit nur durch Sintertechniken bei mehr als 1.000 Grad Celsius erzeugt werden. Ein noch junges Sprühverfahren, die aerosolbasierte Kaltabscheidung, ermöglicht ihre Herstellung jedoch schon bei normalen Raumtemperaturen. Sie ist daher für industrielle Anwendungen hochattraktiv. Ingenieurwissenschaftler der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof Dr.-Ing. Ralf Moos sind an der Weiterentwicklung dieser Technologie international führend beteiligt. In der Zeitschrift „Advanced Materials“ stellen sie deren Vorzüge vor und zeigen, wie die funktionellen Eigenschaften der Keramikschichten im Hinblick auf High-Tech-Anwendungen optimiert werden können.

Mit der aerosolbasierten Kaltabscheidung (Powder Aerosol Deposition, PAD) lassen sich dichte Keramikschichten auf sehr verschiedene Arten von Materialien...

20.04.2020 | nachricht Nachricht

Ceramic coatings for high-tech applications: Bayreuth engineering scientists optimize new spraying method

For a long time, the production of ceramic coatings has only been possible by means of sintering techniques conducted at more than 1,000 degrees Celsius. However, a novel spraying method, Powder Aerosol Deposition (PAD), enables their production at normal room temperatures. It is therefore highly attractive for industrial applications. Engineering scientists from the University of Bayreuth under the direction of Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos are working in the frontline of ongoing development of this technology. In the journal of "Advanced Materials", they present its advantages and show how the functional properties of ceramic films can be optimized with regard to high-tech applications.

With PAD, dense ceramic films can be applied to very different types of materials, such as steel, glass, silicon, or even plastic. To achieve this, a dry...

20.04.2020 | nachricht Nachricht

Neue Klebstoff-Generation: Klebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen mit Zusatzfunktionen

Klebstoffe aus biobasierten Polymeren sollen ganz im Sinne der Nachhaltigkeit dafür sorgen, dass sich geklebte Materialien am Ende ihrer Nutzung wieder trennen und recyceln lassen.

Das Rostocker Leibniz Institut für Katalyse e. V. und Henkel planen in den nächsten drei Jahren in einem vom Bundeslandwirtschaftsministerium (BMEL)...

16.04.2020 | nachricht Nachricht

Goals, opportunities, guides for advancing soft tissue and soft materials research

UMass Amherst scientists and team offer perspectives on cavitation science

A type of damage in soft materials and tissue called cavitation is one of the least-studied phenomena in physics, materials science and biology, say expert...

16.04.2020 | nachricht Nachricht

KIST develops nanometer-thick electromagentic shielding film using MXene

Uniform nanometer-thick MXene films can be used as electromagnetic shields in flexible electronics and 5G telecommunication devices

A Korean research team has developed a technology to fabricate an ultrathin material for electromagnetic interference(EMI) shielding. The research team, led by...

15.04.2020 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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