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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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Polymer Foams as Charge Carriers

A research team in Austria has been unravelling the secrets of the charging of plastic foams. Its findings open the way for the development of flat microphones and loudspeakers, as well as "smart" surfaces that could be used as floor coverings, among other things. The interest in the success of the group´s work - which was co-funded by the Austrian Science Fund (FWF) - has resulted in the integration of the project in a European interdisciplinary research network. During a thunder st 04.08.2003 | nachricht Nachricht

Leitfähige Diamantschicht für Bauteile von Hochleistungspumpen

Dünne Schichten aus Diamant sind unvergleichlich hart und glatt und schützen stark beanspruchte Maschinenbauteile bestens vor Verschleiß. Außerdem leiten die Kohlenstoff-Kristalle überschüssige Wärme ab; nur dem elektrischen Strom setzen sie hohen Widerstand entgegen. Deshalb dürfen explosive Substanzen in einer Pumpe nicht mit diamantbeschichteten Teilen in Kontakt kommen. An der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Diamantforschungsgruppe des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Technologie der M 31.07.2003 | nachricht Nachricht

Titania nanotubes make supersensitive hydrogen sensors

Titania nanotubes are 1500 times better than the next best material for sensing hydrogen and may be one of the first examples of materials properties changing dramatically when crossing the border between real world sizes and nanoscopic dimensions, according to a Penn State materials scientist. "Historically, we have viewed sensor technology and enhancements from the point of view of surface area," says Dr. Craig A. Grimes, associate professor of electrical engineering and materials 30.07.2003 | nachricht Nachricht

Neuer Online-lackierbarer Polyamid-ABS-Blend für Karosserieteile - Leitprimer überflüssig

Bayer Polymers, ein Unternehmensbereich der Bayer AG, bietet für Karosserieteile von Automobilen nun auch eine leitfähige Variante des kürzlich entwickelten Online-lackierbaren Polyamid-ABS-Blends an. "Mit Triax® TP 3161 kann der Lackierprozess um einen Schritt verkürzt werden, weil sich der Einsatz Leitprimers erübrigt. Das ermöglicht zum Teil erhebliche Kosteneinsparungen bei Material, technischem Aufwand, Personal und Logistik", erklärt Thomas Malek, Manager für Karosserieaußenan 28.07.2003 | nachricht Nachricht

Präzise und schnelle Kunststoff-Prüfungen

Neues Thermoplastics Testing Center bietet Service, der sich rechnet In den vergangenen sechs Jahren hat das Thermoplastics Testing Center von Bayer Polymers, einem Unternehmensbereich der Bayer AG, seine Produktivität - gemessen an der Zahl der durchgeführten Prüfungen - um 180 Prozent gesteigert. Davon können nun weltweit Compoundeure, Extrudeure, Spritzgießer, Rohstoffhersteller sowie Automobilproduzenten und deren Zulieferer profitieren. Denn als "Thermoplastics Testing Center" (T 18.07.2003 | nachricht Nachricht

Nanostrukturen verlängern Lebensdauer von Werkzeugen

Montanuni Leoben konzipiert selbstanpassende Beschichtungsmethode Wissenschaftler der Montanuni Leoben haben eine selbstanpassende nanostrukturierte Beschichtungsmethode für hochbeanspruchte Werkzeuge entwickelt. Diese ermöglicht eine zwanzigfache Steigerung der Lebensdauer von den teuren Geräten. Das berichten Wissenschaftler des Instituts für Metallkunde und Werkstoffprüfung an der Montanuniversität Leoben. Hochbeanspruchte Werkzeuge, die zum Beispiel bei der Umformung von 18.07.2003 | nachricht Nachricht

Unsichtbare Spiegelungen vermessen

Das Wettrennen der Chiphersteller läuft: Ab dem Jahr 2010 sollen ihre Produktionsanlagen zunehmend mit extremer UV-Strahlung (EUV) arbeiten. Denn je kürzer die in der Photolithographie verwendete Wellenlänge ist, desto feinere mikroelektronische Strukturen können erzeugt werden. Höhere Integrationsdichten und leistungsfähigere Chips sind die Folge. Wie jede, hat auch diese Sache einen Haken: Strahlung um 13 Nanometer lässt sich wie die benachbarte Röntgenstrahlung mit den bisher verwendeten Optiken w 16.07.2003 | nachricht Nachricht

Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Die BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen, und die Metabolix, Inc., Cambridge/Massachusetts/USA, haben eine Forschungskooperation auf dem Gebiet der Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen vereinbart. Die auf zunächst ein Jahr begrenzte Zusammenarbeit sieht vor, dass Metabolix Polyester-Kunststoffe fermentativ aus Zucker herstellt und Mustermengen im Technikumsmaßstab an die BASF liefert. In der Polymerforschung des Chemieunternehmens werden dann die werkstofflichen und verarbeitun 10.07.2003 | nachricht Nachricht

Thermal treatment for magneto-resistant materials design

Reader heads of compact discs and computer hard discs or position and magnetic field sensors are some of the applications of magneto-resistant materials, which are normally obtained by costly methods. Precisely in order to solve this problem, university teacher María Luisa Fernández-Gubieda Ruiz, of the University of the Basque Country, is carrying out research into developing a simpler and more effective method for the preparation of these materials, based on their undergoing thermal treatment. The 09.07.2003 | nachricht Nachricht

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
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Im Focus: Künstliche Intelligenz & Einzelzellgenomik: Neue Software sagt das Schicksal einer Zelle vorher

Die Erforschung der Zelldynamik ermöglicht einen tieferen Einblick in die Entstehung und Entwicklung von Zellen sowie ein besseres Verständnis von Krankheitsverläufen. Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München und der Technischen Universität München (TUM) haben „scVelo“ entwickelt – eine auf maschinellem Lernen basierende Methode und Open-Source-Software, welche die Dynamik der Genaktivität in einzelnen Zellen prognostizieren kann. Damit können die Forscher den künftigen Zustand einzelner Zellen vorhersagen.

Herkömmliche Verfahren für die Einzelzellsequenzierung erlauben es, Erkenntnisse über Unterschiede und Funktionen auf zellulärer Ebene zu gewinnen - allerdings...

Im Focus: Perseiden: Die Sternschnuppen-Sommernächte im August

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg -In diesem Jahr wird der Sternschnuppenstrom der Perseiden am Vormittag des 12. August seinen Höhepunkt erreichen. In den Nächten vom 11. auf den 12. und vom 12. auf den 13. August geht der Mond nach Mitternacht auf, so dass die späten Abendstunden nicht vom Mondlicht aufgehellt werden - ideal um nach den Perseiden Ausschau zu halten. Man blickt dazu in Richtung Osten, wo das Sternbild Perseus aufgeht, nach dem diese Sternschnuppen benannt wurden.

Der Hochsommer ist die Zeit der Sternschnuppen: Schon ab Mitte bis Ende Juli tauchen die ersten Sternschnuppen der Perseiden am Himmel auf, die aus dem dem...

Im Focus: Mit dem Lego-Prinzip gegen das Virus

HZDR-Wissenschaftler*innen erhalten millionenschwere Förderung für Corona-Forschung

Um die Corona-Pandemie zu bewältigen, stattet der Freistaat Sachsen ein Forschungsteam um Prof. Michael Bachmann vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf...

Im Focus: Im Einsatz für eine Welt ohne Narben

Hinter jeder Narbe steht eine Geschichte. Manchmal ist diese mit einer dramatischen Erfahrung verbunden: schwere Verletzungen, Operationen oder chronische Erkrankungen. Wenn es nach Dr. Yuval Rinkevich ginge, würden wir anstelle von Narben vielmehr über Regeneration sprechen, also der spurenlosen Wundheilung. Damit dies eines Tages Wirklichkeit wird, untersucht Rinkevich mit seinem Team am Helmholtz Zentrum München jeden einzelnen Aspekt der Wundheilung von Säugetieren, beginnend beim Embryo bis hin zum hohen Erwachsenenalter. Yuval Rinkevich erklärt, wie er sich eine Welt ohne Narben vorstellt.

Narben gehören zum natürlichen Wundheilunsgprozess des Körpers nach einer Verletzung. Warum wollen wir sie vermeiden?

Im Focus: TU Graz Forschende modellieren Nanopartikel nach Maß

Sogenannte Core-Shell-Cluster ebnen den Weg für neue effiziente Nanomaterialien, die Katalysatoren, Magnet- und Lasersensoren oder Messgeräte zum Aufspüren von elektromagnetischer Strahlung effizienter machen.

Ob bei innovativen Baustoffen, leistungsfähigeren Computerchips, bei Medikamenten oder im Bereich erneuerbarer Energien: Nanopartikel als kleinste Bausteine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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