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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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Neue Marktstudie über Kunststoffverbundfolien - mit individueller Spezial-Auswertung erhältlich

Eine Gemeinschaftsstudie des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV und der Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung mbH GVM, in der erstmals Marktforschungskompetenz und technischer Überblick über den Verpackungs- und Produktmarkt kombiniert werden. Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV aus Freising erstellt zusammen mit der Gesellschaft für Verpackungsmarktforschung mbH GVM aus Wiesbaden eine Auftragsstudie über Kunststoffverbundf 17.05.2002 | nachricht Nachricht

"Statistical Analysis of Microstructures in Materials Science"

Neues Buch zur quantitativen Beschreibung von 3D Mikro- und Nanostrukturen in Werkstoffen Bei den heutigen Hochleistungswerkstoffen werden immer engere Vorgaben für Mikro- und Nanostrukturen erarbeitet, um die teilweise extremen Eigenschaften immer genauer maßschneidern zu können. Dies erfordert die ebenso exakte quantitative Beschreibung der im Allgemeinen sehr komplizierten geometrischen und vor allem dreidimensionalen Strukturen. Einen umfassenden Überblick zur quantit 16.05.2002 | nachricht Nachricht

Fußball-WM: Ein Dormagener spielt überall mit

Der präziseste Fußball aller Zeiten – Bayer-Werkstoffe machen’s möglich Der Ball ist rund. Das gilt nach wie vor. Er wird auch nach wie vor von Hand zusammengenäht. Der Ball ist jedoch nicht mehr aus Leder, sondern aus High-Tech-Werkstoffen, die ihm eine bislang ungekannte Präzision verleihen. Die Rede ist vom Ball, um den sich in den nächsten Wochen alles drehen wird: Dem WM-Ball, von adidas gemeinsam mit Bayer-Experten entwickelt. Bayer-Produkte, hergestellt im rheinischen Dormag 13.05.2002 | nachricht Nachricht

Hightech-Maßanzug für die Wurst

Wurst ist beliebt: Rund siebzig Gramm der Fleischrollen verleibt sich der Durchschnittsdeutsche täglich ein. Fleisch behält seine Form selbst - die gehackte Wurstmasse hingegen muss in Natur- oder Kunstdärme gestopft werden. Viele dieser synthetischen Umhüllungen bestehen aus regenerierter Cellulose, einem naturidentischen Kunststoff, der als Cellophanfolie oder faserförmig als Kunstseide und Viskose bekannt ist. Ausgangsmaterial ist Cellulose, der Hauptbestandteil von Holz. Da sich diese watte 07.05.2002 | nachricht Nachricht

Sustaplast startet kommerzielle Produktion

Marktpremiere für thermoformbare Platten aus Polyamid 6 Kostengünstige Alternative zum Spritzguss bei niedrigen Stückzahlen Erstmals sind auf dem Markt für Halbzeuge auch thermoformbare Platten aus Polyamid 6 (PA 6) erhältlich. Sie werden von der Sustaplast KG, einer in Lahnstein ansässigen Spezialistin für Hochleistungshalbzeuge, unter dem Markennamen SUSTAVACU® vertrieben. Hergestellt werden sie aus Durethan® DP2-2140/15 Z H2.0 von Bayer. "Clou des mit Glasfasern verstärkten und sch 03.05.2002 | nachricht Nachricht

Prüfung von Kunststoffformteilen durch Thermoanalyse

Kunststoffe sind längst zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres Alltags geworden. So selbstverständlich machen wir inzwischen von Kunststoffen Gebrauch, dass wir uns ihrer schon gar nicht mehr recht bewusst werden. Und das, obwohl es eine riesige Vielfalt von Kunststoffen gibt. Von der elastischen und isolierenden Kabelummantelung über den aromafesten und recyclebaren Joghurtbecher bis hin zum leichten und stoßfesten Kotflügel, verlassen wir uns täglich auf die Qualitätseigenschaften von Kuns 02.05.2002 | nachricht Nachricht

LCD paint licked

Walls and curtains could sport liquid-crystal digital displays. Homes of the future could change their wallpaper from cream to cornflower blue at the touch of a button, says Dirk Broer. His team has developed paint-on liquid crystal displays (LCDs) that offer the technology. Liquid crystals are peculiar liquids: their molecules spontaneously line up, rather than being randomly orientated as in a normal liquid. Passing a voltage across the molecules switches their alignment, b 02.05.2002 | nachricht Nachricht

Laserstrahlsintern von Bauteilen: Qualität der Produkte kann verbessert werden

Das Direkte Metall-Laserstrahlsintern (DMLS-Verfahren), ein generatives Fertigungsverfahren, ist technisch nicht vollständig ausgereift. Der Prozess ist teilweise instabil, wofür Wärmespannungen verantwortlich gemacht werden, die durch den Bauprozess eingebracht werden. Infolgedessen kommt es vor, dass sich Schichten von Bauteilen noch während des Aufbauprozesses voneinander trennen. Nach der generativen Fertigung verbleiben Eigenspannungen im Werkstück, die sich bei der Weiterverarbeitung als Verzug 30.04.2002 | nachricht Nachricht

NeMa e.V. : Mit Marketing für Werkstoff-Firmen auf Erfolgskurs

Schon über 65 innovative Unternehmen und Forschungsinstitute aus der Werkstoffbranche profitieren vom erweiterten Serviceangebot der Interessengemeinschaft Neue Materialien - Die Beteiligung an der Hannover Messe 2002 mit sechs Mitausstellern war ein voller Erfolg - Im September erneute Messebeteiligung auf der Materialica in München mit über 200 Quadratmetern Standfläche - Investitionsvolumen von insgesamt über 2,2 Millionen Euro ermöglicht deutschlandweite Ausdehnung und über nationale Grenzen hin 29.04.2002 | nachricht Nachricht

Lotus-Effekt lässt auf Stents weniger Blutzellen wachsen

Künstliche Gefäßstützen (Stents) oder Herzklappen kommen unweigerlich mit strömendem Blut in Kontakt. Dabei kann es passieren, dass die Implantate die Blutgerinnungskaskade in Gang setzen oder von den Blutzellen nach und nach zugewuchert werden. Diese Gefahren lassen sich aber gering halten, wenn die Oberflächen der Implantate modifiziert werden. Im Herz-Kreislaufsystem dienen Stents dazu, verschlossene oder verengte Blutgefäße aufzudehnen und offen zu halten. Künstliche Venen- und Arterie 29.04.2002 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Loopings der Bakterien: Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen analysiert Fortbewegung

Das magnetotaktische Bakterium Magnetococcus marinus schwimmt mit Hilfe von zwei Bündeln von Geißeln. Außerdem besitzen die Bakterienzellen eine Art intrazelluläre Kompassnadel und können daher mit einem Magnetfeld gesteuert werden. Sie werden deshalb als biologisches Modell für Mikroroboter benutzt. Ein internationales Team der Universität Göttingen, des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der CEA Cadarache (Frankreich) hat nun aufgeklärt, wie sich diese Bakterien bewegen und deren Schwimmgeschwindigkeit bestimmt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift eLife erschienen.

Die Forscherinnen und Forscher nutzten eine Kombination von neuen experimentellen Methoden und Computersimulationen: Sie verfolgten die Bewegung der...

Im Focus: Ultraschnelles Schalten eines optischen Bits: Gewinn für die Informationsverarbeitung

Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dortmund veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications

Computer speichern Informationen in Form eines Binärcodes, einer Reihe aus Einsen und Nullen – sogenannten Bits. In der Praxis werden dafür komplexe...

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

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Wie Erdbeben die Schwerkraft verformen

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