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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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Photovoltaik: Zusammenarbeit mit Athener Forschungsinstitut

Die grundlagenorientierte Erforschung und anwendungsrelevante Entwicklung von organischen Photovoltaikbauelementen ist Gegenstand einer auf drei Jahre angelegten wissenschaftlichen Kooperation, an der die Abteilung Energie- und Halbleiterforschung (Prof. Dr. Jürgen Parisi, Fachbereich Physik) der Universität Oldenburg, das Forschungszentrum Jülich sowie das National Center of Scientific Research in Athen/Griechenland beteiligt sind („Development of New Materials for Solar Cell Applications“). Die Ko 19.09.2002 | nachricht Nachricht

Researchers Create Rare, Large Symmetrical Crystals

Accident Leads to Important Discovery Researchers at Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, N.Y., have created large symmetrical crystals that rarely occur in nature. These crystals could be harder than conventional engineering materials. The accidental discovery was made during attempts to make superconducting nanostructures with a simple technique used to create carbon nanotubes. Pulickel Ajayan and Ganapathiraman Ramanath, faculty members in materials science and eng 18.09.2002 | nachricht Nachricht

Nano-Welding Creates Tiny Junctions

Researchers have discovered how to weld together single-walled carbon nanotubes, pure carbon cylinders with remarkable electronic properties. The discovery could pave the way for controlled fabrication of molecular circuits and nanotube networks. Pulickel Ajayan, professor of materials science at Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, N.Y., and his colleagues in Germany, Mexico, the U.K., and Belgium used irradiation and heat to form the welded junctions. This is the first time 18.09.2002 | nachricht Nachricht

Hohe Ästhetik zu niedrigen Kosten

Der Trend geht deshalb heute auch beim Kleinwagen zur hochwertigen Innenausstattung. Gerade in der Kompaktklasse ist jedoch der Grat zwischen sehr schmal. Im neuen Fiat Stilo konnte dieser Spagat geschafft werden. Einen großen Anteil bei der Problemlösung hat dabei Terblend® N, der PA/ABS-Blend der BASF.Lichtschaltereinheit, seitliche und zentrale Luftausströmer und die Aschenbecherabdeckung in der Instrumententafel des Fiat Stilo haben zweierlei gemeinsam: Sie bestehen alle aus Terblend N und sind n 17.09.2002 | nachricht Nachricht

Gefüllte Miniröhren für magnetische Datenspeicher

Das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden präsentiert auf der Messe materialica 2002 in München Kohlenstoffnanoröhren, die mit Eisen, Kobalt oder Nickel gefüllt sind und dadurch besondere magnetische Eigenschaften besitzen. Das Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) präsentiert auf der materialica 2002 in München neueste Ergebnisse der Magnetoelektronik. Mit ferromagnetischen Werkstoffen (Fe, Co, Ni) gefüllte Carbon-Nan 13.09.2002 | nachricht Nachricht

Bundesministerium unterstützt Sol-Gel-Forschung in Iserlohn mit 110.000 Euro

Fa. Wila Leuchten ist Projektpartner Auch in diesem Jahr konnte sich der Standort Iserlohn der Fachhochschule Südwestfalen wieder erfolgreich im Wettbewerb um die Vergabe von Forschungsgeldern und damit gegen die bundesweite Konkurrenz der Fachhochschulen durchsetzen. Im Rahmen des Programms "Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erhält Prof. Dr. Helmut Fobbe vom Fachbereich Informatik und Naturwis 11.09.2002 | nachricht Nachricht

New lightweight materials may yield safer buildings, longer-lasting tires

Researchers say they have developed the world’s strongest, lightest solids. Called aerogels, the sturdy materials are a high-tech amalgam of highly porous glass and plastic that is as light as air. #In light of the events of Sept. 11 and a heightened interest in homeland security, these new materials show promise as lightweight body armor for soldiers, shielding for armored vehicles, and stronger building materials, the researchers say. The materials could also be used for better 11.09.2002 | nachricht Nachricht

Chemiker entwickeln extrem stabiles Ultraleicht-Material

Aerogel für Autostoßdämpfer, Luft- und Raumfahrt geeignet Ein Material beinahe so leicht wie Luft und bezogen auf sein Gewicht das stabilste der Welt wollen Forscher der University of Missouri-Rolla entwickelt haben. Über den "Wunderwerkstoff" berichten die Chemiker um Nicholas Leventis in der Fachzeitschrift Nano Letters. Bei dem neuen Material handelt es sich um ein so genanntes Aerogel, einen hochporösen nanostrukturierten Glasschaum, der sehr gute wärme- und lichttechnische Eigen 11.09.2002 | nachricht Nachricht

Geringes Gewicht, große Wirkungen

Ergebnisse aus sieben Jahren Sonderforschungsbereich Magnesiumtechnologie der Universität Hannover und der TU Clausthal. Ökosteuer und steigende Benzinpreise; Autofahren ist ein teures Vergnügen. Um gleichermaßen Portemonnaie und Umwelt zu schonen, sind neue Konzepte im Fahrzeugbau gefragt, und Handies und Laptops sollen gleichfalls leichter werden. Mit dem Ziel, die Einsatzmöglichkeiten von Magnesium zu erweitern, forschten Wissenschaftler der Universität Hannover und der TU Clausth 10.09.2002 | nachricht Nachricht

Landesinitiativen in Niedersachsen kooperieren

Die Landesinitiative Mikrosystemtechnik Niedersachsen (MST) und die Landesinitiative Neue Materialien Niedersachsen (NMN) haben eine Zusammenarbeit vereinbart. Die Vereinbarung bezieht sich auf das Gebiet der Entwicklung und Anwendung von speziellen Materialien z. B. für die Herstellung von und Oberflächentechnik zur Herstellung von Mikrostrukturen und auf die Weiterentwicklung so genannter Smart Structures, also kleinster, intelligenter Systeme z. B. für die Strukturüberwachung in Flugze 04.09.2002 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

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