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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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UC Riverside scientists synthesize new porous materials

New materials will have applications in electronic and optoelectronic devices, electrocatalysis, electroanalysis and sensors Scientists at the University of California, Riverside have synthesized a large family of semiconducting porous materials that have an unprecedented and diverse chemical composition. The new materials show several different properties such as photoluminescence, ion exchange, and gas sorption. They also have a large surface area and uniform pore sizes. I 10.02.2003 | nachricht Nachricht

Neuer elektrisch leitfähiger Kunststoff

Bei den Stichwörtern Kunststoff und elektrischer Strom denkt man meist automatisch an Dinge wie Kabelummantelungen oder Computer-Gehäuse. Dass Kunststoffe grundsätzlich Isolatoren sind, ist jedoch ein Vorurteil. Bereits vor etwa dreißig Jahren wurde entdeckt, dass bestimmte Polymere den Strom zu leiten vermögen. Auch wenn die erste Euphorie schon lange einer gewissen Ernüchterung gewichen ist, so ist doch der Traum von falt- oder gar aufrollbaren Laptops, Tapeten-Fernsehern oder ko 04.02.2003 | nachricht Nachricht

Außenspiegel aus dem Kunststoff Ultraform der BASF

Moderne Rückspiegel lagern nicht mehr auf einem Kugelgelenk. Für eine optimale, vibrationsfreie Sicht nach hinten sorgt in heutigen Konstruktionen nur die verstellbare Spiegelplatte. Ein neuer, halbkugelförmig aufgebauter Verstellantrieb vom Typ MR4 der österreichischen Magna Donnelly-Tochter Magna Auteca bringt den Spiegel innerhalb eines Verstellwinkels von +/- 14 Grad in jede gewünschte Position. Die Anforderungen an den verwendeten Werkstoff konnte Ultraform®, das POM (Polyoxymethylen) der BASF, 03.02.2003 | nachricht Nachricht

Jefferson Lab’s Free-Electron Laser explores promise of carbon nanotubes

Jefferson Lab’s Free-Electron Laser used to explore the fundamental science of how and why nanotubes form, paying close attention to the atomic and molecular details Scientists and technologists of all stripes are working intensively to explore the possibilities of an extremely strong and versatile cylinder so tiny that millions -- which in bunches look like an ebony snowflake -- could fit easily on the tip of a pin. The objects in question are known as carbon nanotubes, first discov 28.01.2003 | nachricht Nachricht

Stuhl mit gutem Sitz


Das Kreuz mit dem Kreuz ist oft eine Frage des richtigen Sitzens. Für eine Stuhlserie, die speziell für den Einsatz in der Industrie gedacht ist, wurden ergonomische Richtlinien entwickelt. Nun passt sich das Sitzmöbel den körperlichen Gegebenheiten an - und nicht umgekehrt.

Ein Achtstundentag kann quälend lang werden - besonders dann, wenn das Dauersitzen regelmäßig Rückenschmerzen bereitet. Wer sein Arbeitsleben in Büro, Fabrik...

27.01.2003 | nachricht Nachricht

Werkstoffanalyse dank Laser-Ablation

Die Laser-Ablation besteht darin, ein Material mit einem Laser zu erhitzen. Dabei wird ein Plasma gebildet, welches ein optisches Spektrum mit den spezifischen Emissionslinien der anwesenden Elemente ausstrahlt. Diese von Forschern des CEA (französische Atomenergiebehörde) Mitte der 80 Jahre entwickelte Technologie wird nun weiterentwickelt und vermarktet. Mit Hilfe des Lasers ist sowohl die Mikro- als auch die Makroablation möglich, wobei der Grössenunterschied der Interaktion auf dem Auftreffpunkt 22.01.2003 | nachricht Nachricht

AiF fördert gemeinsame Forschung im Korrosionsschutz

Das Kuratorium Korrosionsforschung, ein Zusammenschluss von elf Mitgliedern der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF), stellt Problemlösungen für den metallischen Leichtbau vor. Im Mittelpunkt stehen die Modifikation und die Veredelung von Oberflächen, um korrosive Angriffe zu vermeiden. Die interdisziplinäre Veranstaltung am 28. Januar in Frankfurt greift Vorhaben aus so unterschiedlichen Forschungsgebieten wie chemische Technik, Schweißen, Verzinken, Me 21.01.2003 | nachricht Nachricht

Singing Concrete

Physicists from the St. Petersburg State Institute of Technology have invented an unusual method for improving concrete. The researchers believe that the concrete structure will become more uniform, and concrete products will obtain unprecedented durability and water-resistance if, while hardening, concrete is exposed to the influence of electromagnetic field of a strictly determined frequency. The actual process is as follows: the concrete blocks while they are still in the mould ar 17.01.2003 | nachricht Nachricht

Oberfläche verändert Eigenschaften auf Knopfdruck

Einsatzmöglichkeiten in Medizin, Biologie und Materialforschung Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Oberflächen entwickelt, die auf Knopfdruck ihre Eigenschaften ändern können. Das einzigartige Design ebnet den Weg für Systeme, die z.B. Zellen und Substanzen "on demand" abgeben oder anziehen. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science http://www.sciencemag.org beschreiben die Forscher eine Anwendungsmöglichkeit: Sie entwickelten eine Oberfläche 17.01.2003 | nachricht Nachricht

Nanokompetenz für harte, dünne Schichten

Die Festplatte behauptet sich wacker gegenüber ihren optischen Konkurrenten wie CD-ROM und DVD oder Festspeichern wie Flash- und SmartCard. Auch der Fortschritt des rotierenden, magnetischen Speichermediums ist gewaltig und seine Datendichte verdoppelt sich etwa alle eineinhalb Jahre. Besaß das Ungetüm, das IBM als erstes Unternehmen 1956 auf den Markt brachte, eine Kapazität von fünf Megabyte auf 50 Platten mit 60 Zentimetern Durchmesser, so ist das Microdrive das derzeit kleinste Laufwerk dieser Ar 16.01.2003 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Magnetische Kristallschichten für den Computer von Morgen

Ist die Elektronik, so wie wir sie kennen, am Ende?

Der Einsatz moderner elektronischer Schaltkreise für immer leistungsfähigere Rechentechnik und mobile Endgeräte stößt durch die zunehmende Miniaturisierung in...

Im Focus: K-State study reveals asymmetry in spin directions of galaxies

Research also suggests the early universe could have been spinning

An analysis of more than 200,000 spiral galaxies has revealed unexpected links between spin directions of galaxies, and the structure formed by these links...

Im Focus: Neue Messung verschärft altes Problem

Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über zwei markante Röntgen-Emissionslinien von hochgeladenem Eisen: ihr gemessenes Helligkeitsverhältnis stimmt nicht mit dem berechneten überein. Das beeinträchtigt die Bestimmung der Temperatur und Dichte von Plasmen. Neue sorgfältige, hoch-präzise Messungen und Berechnungen mit modernsten Methoden schließen nun alle bisher vorgeschlagenen Erklärungen für diese Diskrepanz aus und verschärfen damit das Problem.

Heiße astrophysikalische Plasmen erfüllen den intergalaktischen Raum und leuchten hell in Sternatmosphären, aktiven Galaxienkernen und Supernova-Überresten....

Im Focus: New measurement exacerbates old problem

Two prominent X-ray emission lines of highly charged iron have puzzled astrophysicists for decades: their measured and calculated brightness ratios always disagree. This hinders good determinations of plasma temperatures and densities. New, careful high-precision measurements, together with top-level calculations now exclude all hitherto proposed explanations for this discrepancy, and thus deepen the problem.

Hot astrophysical plasmas fill the intergalactic space, and brightly shine in stellar coronae, active galactic nuclei, and supernova remnants. They contain...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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