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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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Verfahren zur kommerziellen kontinuierlichen Polymerisation

Degussa Innovationspreis 2001 in der Kategorie "Neue und verbesserte Verfahren" Den Hochleistungskunststoff Polyamid 12 in stets gleicher Qualität herstellen – diese Herausforderung hat die Degussa AG, Düsseldorf, mit der Entwicklung des KontipoLL-Verfahrens gemeistert, einem Verfahren zur kommerziellen kontinuierlichen Polymerisation von Laurinlactam zu Polyamid 12. Im Herbst 2000 ging die erste KontipoLL-Anlage im Chemiepark Marl in Betrieb. Schon nach kurzer Zeit übertraf die Neuanlag 14.12.2001 | nachricht Nachricht

Umweltfreundlicher Schutz vor Mikroorganismen

Sanft zur Umwelt, aber unerbittlich gegenüber Schimmelpilzen, Algen und Bakterien sind die antimikrobiell wirkenden Produkte, die der Bereich Creavis Technologies & Innovation der Degussa AG, Düsseldorf, entwickelt hat. Sie werden derzeit unter dem Namen SAM-Polymers® im Markt einführt. SAM-Polymers® (Sustainable Active Microbicidal Polymers) steht für eine völlig neue Klasse von Bioziden auf Basis wasserunlöslicher Polymere. Erste anwendungstechnische Untersuchungen von Kooperationspartnern aus de 14.12.2001 | nachricht Nachricht

Augsburger Rasterkraftmikroskopie-Experte Gießibl erhält den Rudolf-Kaiser-Preis 2001

Auszeichnung würdigt herausragende Einzelleistungen, die "nicht mit ’großen Maschinen’ erzielt wurden" - Wie der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft gestern mitteilte, erhält in diesem Jahr der Augsburger Experimentalphysiker Priv. Doz. Dr. Franz J. Gießibl den Rudolf-Kaiser-Preis 2001. Die seit 1989 jährlich vergebene und mit DM 60.000,- dotierte Auszeichnung würdigt jeweils das bisherige Gesamtwerk eines deutschen Nachwuchswissenschaftler auf dem Gebiet der experimentellen Phy 14.12.2001 | nachricht Nachricht

Just-For-Fun Experiment Creates Self-Assembly Method

An experiment that University of Chicago physicists conducted just for fun has unexpectedly led them to a new technique for producing nanoscale structures. The Chicago physicists have built simple electronic devices using the new technique, which precisely controls the growth of metal wires along tiny scaffolds that automatically assemble themselves following nature’s own tendencies. "This is perhaps the first time that it has been possible to assemble large numbers of parallel, contin 14.12.2001 | nachricht Nachricht

Brennstoffzellen vom Fließband - Neue Beschichtungsmaschine am Forschungszentrum Jülich angelaufen

Brennstoffzellen könnten den Strom von morgen liefern. Auch am Forschungszentrum Jülich arbeiten Wissenschaftler intensiv an dieser Technologie. Ihre Möglichkeiten in puncto Produktionstechnik haben sie jetzt erweitert: Am 13. Dezember nahmen sie am Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik (IWV-3) eine neue Beschichtungsmaschine in Betrieb, die in dieser Form erstmals eingesetzt wird, um die Herstelltechnik von Brennstoffzellen weiter voranzutreiben. Die Wissenschaftler wollen so 13.12.2001 | nachricht Nachricht

50 Jahre Forschungskuratorium Textil

Das Forschungskuratorium Textil, Gründungsmitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke", feiert heute sein 50-jähriges Bestehen. Dem Kuratorium ist mit rund 1.000 Unternehmen die gesamte deutsche Textilbranche verbunden; es kooperiert zudem eng mit dem Textilmaschinenbau, der Chemiefaserindustrie und der Textilreinigung. Das Forschungskuratorium Textil bündelt den kompletten Forschungsbedarf dieses mittelständisch geprägten Industriezweiges. In seinem 12.12.2001 | nachricht Nachricht

Hydroformpresse als Kernstück neuer Produktionstechnik: Weiches Wasser biegt das Blech

Wissenschaftler aus Hochschulen in ganz Deutschland kommen zusammen. Ingenieure von Stahl verarbeitenden Firmen mit Rang und Namen sind mit Vorträgen und Experimenten dabei. Hochschule und Forschungsgemeinschaft steuern Fördergelder bei: Mit dem Kolloquium "Wirkmedien-Blechumformung" präsentiert der Lehrstuhl für Blechumformung der Fakultät Maschinenbau heute (11.12.01) an der Universität eine neue Dortmunder Produktionstechnik. Im Blickpunkt steht dabei eine riesige Presse, für die eigens ein n 11.12.2001 | nachricht Nachricht

Innovationspreis für Berliner Kristallzüchter-Team

Neue Herstellungstechnologie für defektarme Galliumarsenid-Verbindungshalbleiter Mit dem Innovationspreis 2001 Berlin/Brandenburgs wird am 7. Dezember ein Forscher-Team aus dem Berliner Institut für Kristallzüchtung (IKZ) ausgezeichnet. Die Wissenschaftler um Dr. Michael Neubert, Arbeitsgruppe Czochralski-Halbleiter, erhalten den Preis für die Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens für defektarme Galliumarsenid-Kristalle. Verbindungshalbleiter, wie Galliumarsenid (GaAs), Indiu 07.12.2001 | nachricht Nachricht

Schnell zum Serienteil

Die Fraunhofer-Allianz Rapid Prototyping zeigt auf der Euromold 2001 vom 28.11. bis 1.12. in Frankfurt/M. neue Entwicklungen für Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Rapid Manufacturing: neue Werkstoffe, Verfahren und Prozessketten, Hybridlösungen für das kombinierte virtuelle und stoffliche Prototyping und ganz neue Anwenderlösungen mit umweltfreundlichen Biokunststoffen. Hinter Rapid-Technologien verbergen sich jene erst seit etwa zehn Jahren bestehenden generativen Fertigungsverfah 29.11.2001 | nachricht Nachricht

Eine Kunststofffüllung zwischen zwei Scheiben Stahl revolutioniert den Schiffbau

Starkes Sandwich auf See - Die Nachricht Wasser hat keine Balken - deshalb ist die Sicherheit in der Seefahrt oberstes Gebot. Ob Öltanker, Autofähre, Frachter mit wertvoller Ladung oder Luxusyacht, bald können sie noch sicherer durch die Wogen gleiten. Ein neuartiges Verbundsystem aus Stahl und Kunststoff macht Schiffe stabiler und langlebiger, und das sogar zu geringeren Kosten. Mit ihrem innovativen Sandwich-Plate-System (SPS) läutet die BASF in Zusammenarbeit mit der Firma Intelligent 28.11.2001 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Machine learning microscope adapts lighting to improve diagnosis

Prototype microscope teaches itself the best illumination settings for diagnosing malaria

Engineers at Duke University have developed a microscope that adapts its lighting angles, colors and patterns while teaching itself the optimal...

Im Focus: Kleine Teilchen, große Wirkung: Wie Nanoteilchen aus Graphen die Auflösung von Mikroskopen verbessern

Konventionelle Lichtmikroskope können Strukturen nicht mehr abbilden, wenn diese einen Abstand haben, der kleiner als etwa die Lichtwellenlänge ist. Mit „Super-resolution Microscopy“, entwickelt seit den 80er Jahren, kann man diese Einschränkung jedoch umgehen, indem fluoreszierende Materialien eingesetzt werden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Polymerforschung haben nun entdeckt, dass aus Graphen bestehende Nano-Moleküle genutzt werden können, um diese Mikroskopie-Technik zu verbessern. Diese Nano-Moleküle bieten eine Reihe essentieller Vorteile gegenüber den bisher verwendeten Materialien, die die Mikroskopie-Technik noch vielfältiger einsetzbar machen.

Mikroskopie ist eine wichtige Untersuchungsmethode in der Physik, Biologie, Medizin und vielen anderen Wissenschaften. Sie hat jedoch einen Nachteil: Ihre...

Im Focus: Small particles, big effects: How graphene nanoparticles improve the resolution of microscopes

Conventional light microscopes cannot distinguish structures when they are separated by a distance smaller than, roughly, the wavelength of light. Superresolution microscopy, developed since the 1980s, lifts this limitation, using fluorescent moieties. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now discovered that graphene nano-molecules can be used to improve this microscopy technique. These graphene nano-molecules offer a number of substantial advantages over the materials previously used, making superresolution microscopy even more versatile.

Microscopy is an important investigation method, in physics, biology, medicine, and many other sciences. However, it has one disadvantage: its resolution is...

Im Focus: Mit künstlicher Intelligenz zum besseren Holzprodukt

Der Empa-Wissenschaftler Mark Schubert und sein Team nutzen die vielfältigen Möglichkeiten des maschinellen Lernens für holztechnische Anwendungen. Zusammen mit Swiss Wood Solutions entwickelt Schubert eine digitale Holzauswahl- und Verarbeitungsstrategie unter Verwendung künstlicher Intelligenz.

Holz ist ein Naturprodukt und ein Leichtbauwerkstoff mit exzellenten physikalischen Eigenschaften und daher ein ausgezeichnetes Konstruktionsmaterial – etwa...

Im Focus: Eine Fernsteuerung für alles Kleine

Atome, Moleküle oder sogar lebende Zellen lassen sich mit Lichtstrahlen manipulieren. An der TU Wien entwickelte man eine Methode, die solche „optischen Pinzetten“ revolutionieren soll.

Sie erinnern ein bisschen an den „Traktorstrahl“ aus Star Trek: Spezielle Lichtstrahlen werden heute dafür verwendet, Moleküle oder kleine biologische Partikel...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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