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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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Electronics sector progresses with breakthroughs in materials science

Technical Insights Electronics and Semiconductors Industry Impact Research Service: Developments and Opportunities in Advanced Electronic Materials Materials such as polymers, superconducting ceramics, and diamond films are likely to shape the electronics industry in the coming decade. Processing technologies for these improved materials will also gain importance. "Advanced materials are synthesized at nano levels, creating the possibility of achieving several new structures 09.07.2003 | nachricht Nachricht

Titanate thin films becoming a reality with crystal ion slicing

Technical insights’ advanced coatings and surface technology alert The recently developed method of crystal ion slicing (CIS) is rapidly gathering interest and attention as a novel way of successfully obtaining single-crystal thin films. The excellent opto-electrical properties of barium titanate, BaTiO3, make this ferroelectric crystal eminently suitable for applications such as capacitors, pyroelectric detectors, and nonlinear optics. These films possess high dielectric c 08.07.2003 | nachricht Nachricht

Kohlenwasserstoffsensoren auf Basis p-leitender Perowskitmaterialien

Mit so genannten p-Halbleitern für den Einsatz in preiswerten Gas-Sensorsystemen beschäftigt sich ein neuese Projekt des Bayreuther Lehrstuhls Funktionsmaterialien,der dafür mit dem National Research Council Kanadas und dem Forschungszentrum Jülich zusammen arbeitet. Am Lehrstuhl für Funktionsmaterialien (Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos) der Universität Bayreuth läuft ab sofort das anwendungsorientierte Forschungsprojekt "Selective hydrocarbon sensors based on nano-engineered p-type oxide films" a 02.07.2003 | nachricht Nachricht

Kohlendioxid absorbierende Keramik entwickelt

Forschern der Firmen Toshiba Corporation und Toshiba Ceramics Co., Ltd. ist es gelungen, ein neuartiges auf - Lithiumsilikaten basierendes - Material zu entwickeln, mit dem Kohlendioxid durch Absorption gespeichert werden kann. Durch Änderung der Zustandbedingungen gelingt es zudem, das Gas an anderer Stelle wieder freizusetzen. Gegenüber konventionellen Materialien mit dieser Funktion zeichnet sich die Neuentwicklung dadurch aus, dass bereits bei Raumtemperatur hohe Absorptionsraten und ho 01.07.2003 | nachricht Nachricht

Kunststoffe nach Maß

Transatlantisches Forschungsnetzwerk für Polymerisationskatalyse Im Oktober 2001 haben die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Edelgard Bulmahn, und ihr kanadischer Amtskollege, Dr. Gilbert Normand, eine gemeinsame Erklärung unterzeichnet, in der vereinbart wurde, die dreißigjährige Zusammenarbeit Deutschlands und Kanadas auf dem Gebiet von Bildung, Wissenschaft und Forschung weiter auszubauen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt dafür rund 10 Mio. Eu 30.06.2003 | nachricht Nachricht

Scientists announce first 3-D assembly of magnetic and semiconducting nanoparticles

Scientists from Columbia University, IBM and the University of New Orleans today announced a new, three-dimensional designer material assembled from two different types of particles only billionths of a meter across. In the June 26 issue of the journal Nature, the team describes the precision chemistry methods developed to tune the particles’ sizes in increments of less than one nanometer and to tailor the experimental conditions so the particles would assemble themselves into repeating 3- 26.06.2003 | nachricht Nachricht

Hochleistungs-Aluminium-Werkstoffe für den Leichtbau

Die neuen Leichtbauwerkstoffe DISPAL® sind für Kfz-Komponenten, für Präzisionsteile im Maschinenbau und in Branchen wie Posi­tioniertech­nik, Robotik, Opto­elektronik, Druck- und Spinn­maschinenbau und Luft- und Raumfahrt geeignet. Die pulvermetallurgisch hergestellten DISPAL®-Hochleistungs-Aluminumwerkstoffe zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die von konventionellen Aluminiumlegierungen nicht erreicht werden. Hohe Festigkeit und Steifigkeit eröffnen neue Möglichkeiten des Leichtbaus u 26.06.2003 | nachricht Nachricht

Aus Staub geboren

Büsten aus Marmorstaub formen Forscher des Bremer Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Sommerferien stehen an. Viele fahren in den Süden. Ob Badereise oder Städtetour, ein Besuch im Museum ist eine oft eingeplante Abwechslung. Beispiel Griechenland: Antike Stätten locken den Besucher mit Tempelruinen, Tonscherben und Marmorbüsten. Original oder Replik, die bewundernd blickenden Besucher wissen das kaum zu unterscheiden. Längst ist es üblich, 25.06.2003 | nachricht Nachricht

Computer simulations mimic growth of ’dizzy dendrites’

Crystals are more than just pretty faces. Many of the useful properties associated with metal alloys or polymer blends -- like strength, flexibility and clarity -- stem from a material’s specific crystal microstructure. So the more scientists know about how crystal patterns grow as a material solidifies, the better they’ll be able to create new materials with specific properties. In a recent issue of Nature Materials, National Institute of Standards and Technology (NIST) researche 25.06.2003 | nachricht Nachricht

New Antibacterial Textiles - Research News in Polymer International

Nano-sized silver particles open way to new breed of antimicrobial materials Scientists can now incorporate silver particles into polypropylene to produce an anti-microbial material that could be used in anything from carpets, to napkins and surgical masks. Silver has been medically proven to kill over 650 disease-causing organisms in the body and is also very safe. By combining silver and polypropylene to produce an organic-inorganic fibre, researchers have produced the first safe, ant 24.06.2003 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hammer-on – wie man Atome schneller schwingen lässt

Schwingungen von Atomen in einem Kristall des Halbleiters Galliumarsenid (GaAs) lassen sich durch einen optisch erzeugten Strom impulsiv zu höherer Frequenz verschieben. Die mit dem Strom verknüpfte Ladungsverschiebung zwischen Gallium- und Arsen-Atomen wirkt über elektrische Wechselwirkungen zurück auf die Schwingungen.

Hammer-on ist eine von vielen Rockmusikern benutzte Technik, um mit der Gitarre schnelle Tonfolgen zu spielen und zu verbinden. Dabei wird eine schwingende...

Im Focus: Kryoelektronenmikroskopie: Hochauflösende Bilder mit günstiger Technik

Mit einem Standard-Kryoelektronenmikroskop erzielen Biochemiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erstaunlich gute Aufnahmen, die mit denen weit teurerer Geräte mithalten können. Es ist ihnen gelungen, die Struktur eines Eisenspeicherproteins fast bis auf Atomebene aufzuklären. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift "PLOS One" veröffentlicht.

Kryoelektronenmikroskopie hat in den vergangenen Jahren entscheidend an Bedeutung gewonnen, besonders um die Struktur von Proteinen aufzuklären. Die Entwickler...

Im Focus: Electron cryo-microscopy: Using inexpensive technology to produce high-resolution images

Biochemists at Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) have used a standard electron cryo-microscope to achieve surprisingly good images that are on par with those taken by far more sophisticated equipment. They have succeeded in determining the structure of ferritin almost at the atomic level. Their results were published in the journal "PLOS ONE".

Electron cryo-microscopy has become increasingly important in recent years, especially in shedding light on protein structures. The developers of the new...

Im Focus: Neue Schlankheitstipps für Computerchips

Lange Zeit hat man in der Elektronik etwas Wichtiges vernachlässigt: Wenn man elektronische Bauteile immer kleiner machen will, braucht man dafür auch die passenden Isolator-Materialien.

Immer kleiner und immer kompakter – das ist die Richtung, in die sich Computerchips getrieben von der Industrie entwickeln. Daher gelten sogenannte...

Im Focus: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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