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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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Analytik von Nanomaterialien und neue Anwendungsideen für Nanoteilchen

In den letzten Jahren rückt die Herstellung und Anwendung von Nanomaterialien immer stärker in das Zentrum von interdisziplinären Forschungsansätzen aus Chemie, Physik, Ingenieur- und Biowissenschaften. Auf der Jahrestagung Chemie 2003 der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) im Oktober in München werden die Nanotechnologien insbesondere unter dem Aspekt der Analytik von Nanomaterialien behandelt. Die Verkleinerung der Strukturen auf integrierten Schaltkreisen schärfte den Blick für die v 14.10.2003 | nachricht Nachricht

Microscopic cracks spoil the transparency of glass, nano-researchers find

The cloudy look on cleaned glass is scattered light, not streaks of dirt A fundamental discovery about the behavior of cooling glass could have a significant impact on the glass- and plastic-making industries, say researchers at Lehigh University. Himanshu Jain, Diamond chair and professor of materials science and engineering at Lehigh, says the breakthrough was made possible by a combination of nanoscopic science and an old-fashioned kitchen recipe. When molten glass i 13.10.2003 | nachricht Nachricht

Mimicking the human body with carbon black polymers

Metal detectors have become so commonplace that you might think we know all we need to about them. However, the law enforcement community must continually update performance standards for metal detectors to ensure that new products purchased in the marketplace operate at specified minimum levels. Further-more, they must know if exposure to the magnetic fields generated by metal detectors affects the functioning of personal medical electronic devices (such as cardiac defibrillators, infusion pumps, sp 13.10.2003 | nachricht Nachricht

Electronics interconnections for extreme space environments

If all goes as planned, two rovers named Spirit and Opportunity will explore the surface of Mars next year, gathering a wealth of geologic information and beaming the results back to Earth. However, the environment is so extreme that the rovers will be equipped with heaters to keep the electronic gear warm enough to operate properly over the Martian winter when temperatures can dip to -120 degrees C. Future space probes will involve even more extreme environments, with temperatures as high as 460 deg 13.10.2003 | nachricht Nachricht

New Glass Can Replace Expensive Crystals in Some Lasers

...and bring high power to small packages Researchers have developed a new family of glasses that will bring higher power to smaller packages in lasers and optical devices and provide a less-expensive alternative to many other optical glasses and crystals, like sapphire. Called REAl(tm) Glass (Rare-earth - Aluminum oxide), the materials are durable, provide a good host for atoms that improve laser performance, and may extend the range of wavelengths that a single laser can currently 08.10.2003 | nachricht Nachricht

Composite materials in aeronautics

The interest sparked by airspace themes has once again brought together, in the Basque city of Donostia-San Sebastián, representatives of the main European enterprises in these sectors to deal with the applications of innovative materials capable of providing greater safety, longer life and increased wear to aircraft parts and components. Airspace sector experts from companies such as Sener, EADS-Airbus, CESA, amongst others, came together to analyse the applications of composite materials (composite 07.10.2003 | nachricht Nachricht

Leinöllacke werden salonfähig - Maschinell veredeltes Parkett auf dem Markt

Auch stark strapazierbare Holzoberflächen können jetzt mit pflanzlichen Ölen veredelt werden. Linatur heißt das UV-härtende Leinöllacksystem, das die Naturhaus Naturfarben GmbH für hochwertige Holzmöbel und Bodenbeläge entwickelte. In Zusammenarbeit mit der Friedhelm Nolte GmbH konnte der Walzauftrag des Naturprodukts auf Buchenparkett erfolgreich erprobt werden. Erste Produkte sind auf dem Markt bereits erhältlich. Öle, Lacke und Firnisse aus Leinöl werden traditionell zum Schutz pflanzlic 06.10.2003 | nachricht Nachricht

Bestrahlung eines Materials, um es neu anzuordnen

Bestrahlt man ein Material mit Nuklearpartikeln, wird das Material üblicherweise stark beschädigt. In Nuklearreaktoren führen die bestrahlungsbedingten Kollisionen zu einer Unordnung der Kristallstruktur und ändern die mechanischen und chemischen Eigenschaften der inneren Strukturen des Reaktors. Es gibt jedoch Ausnahmen. Französischen Forschern des CNRS und des CEA (Zentrum für Atomenergie), in Zusammenarbeit mit deutschen Forschern des FZ-Rossendorf in Dresden, ist es überraschenderweise g 02.10.2003 | nachricht Nachricht

New Surface Can Find Different Twists on a Molecular Theme

Researchers have created a new process to produce materials that can sift through similar, molecular brethren and latch onto chemicals that differ from each other in only their mirrored images. If it proves effective in large-scale experiments, the stable, relatively simple catalyst could impact the $100 billion pharmaceutical industry by helping sort biologically potent chemicals from related, yet less useful or even toxic, compatriots. Jay Switzer and colleagues at the University 02.10.2003 | nachricht Nachricht

University of Toronto professor turns hemp into auto parts

If Mohini Sain has his way, cars of the future may be fitted with tough, durable and completely biodegradable bumpers made of hemp. Sain, a professor in the University of Toronto’s Faculty of Forestry and Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, creates biocomposites from processed plant fibres. His latest research, published in the August issue of Materials Research Innovations and the July issue of Macromolecular Materials and Engineering, describes a way to create a 30.09.2003 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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