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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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"Packaging-Finder" - Kompass im Verpackungsmarkt

Der elektronische Produktkatalog unter www.packaging-finder.com erleichtert die Suche nach geeigneter Verpackungstechnik und dem richtigen Packmittel für einen konkreten Anwendungsfall. Die Suche nach geeigneter Verpackungstechnik und dem richtigen Packmittel für einen konkreten Anwendungsfall ist recht aufwendig, wenn man nicht auf einen "Stammlieferanten" zurückgreifen kann oder will. Ohne verpackungstechnische Kenntnisse ist eine Groborientierung über Branchen-, Anbieter- und Produktverz 25.03.2003 | nachricht Nachricht

Porous ceramic can sort proteins magnetically

In recent years chemists and materials scientists have enthusiastically searched for ways to make materials with nanoscale pores -- channels comparable in size to organic molecules -- that could be used, among other things, to separate proteins by size. Recently Cornell University researchers developed a method to "self-assemble" such structures by using organic polymers to guide the formation of ceramic structures. Now they have advanced another step by incorporating tiny magnetic particle 25.03.2003 | nachricht Nachricht

Chemical force microscopy chooses materials for lightweight nanotube-based composites

Nanocomposites for space A microscopy technique originally developed to image the molecular-scale topography of surfaces is now helping engineers choose the right materials for a new generation of lightweight high-strength composites based on carbon nanotubes. Light, conductive and nearly as strong as steel, carbon nanotubes are being combined with lightweight polymers to produce composite materials with properties attractive for use on future space vehicles. But choosing th 25.03.2003 | nachricht Nachricht

Making plastic smarter with protein

How do you improve on plastic, a modern material that has already changed the way we do everything from design medical devices to build cars? Embed it with specialized proteins called enzymes, says Shekhar Garde, assistant professor of chemical engineering at Rensselaer Polytechnic Institute. "Such protein-enhanced plastics might someday be able to act as ultra-hygienic surfaces or sensors to detect the presence of various chemicals," says Garde. These types of materials could have a wide 24.03.2003 | nachricht Nachricht

Mayonnaise as Model for Solid Plastics

Intriguing Structural Strategy Aims at Making Designer Plastics Affordable The future was supposed to be "plastics," according to advice given in a 1960s movie The Graduate. Many a company thought that future meant the gradual ascendancy of "designer" or specialty plastics, but almost 40 years later the market is still dominated by plastics that can be manufactured cheaply in bulk. Six researchers from the University of California at Santa Barbara (UCSB) and one at Helsinki U 24.03.2003 | nachricht Nachricht

Concrete less sensitive for cracks than previously thought

Reinforced high-strength concrete can crack due to stresses that develop during the hardening process. However, this has been found to be surprisingly less quick than previously thought. Due to Dutch research, extra steps during the hardening process can be omitted. This will result in cheaper concrete. Maya Sule from Delft University of Technology tested specimens of high strength concrete (concrete with little water) in a temperature stress testing machine (TSTM). Such tests indicate the 21.03.2003 | nachricht Nachricht

New Measurements Show Silicon Nanospheres Rank Among Hardest Known Materials

University of Minnesota researchers have made the first-ever hardness measurements on individual silicon nanospheres and shown that the nanospheres’ hardness falls between the conventional hardness of sapphire and diamond, which are among the hardest known materials. Being able to measure such nanoparticle properties may eventually help scientists design low-cost superhard materials from these nanoscale building blocks. Up to four times harder than typical silicon-a principal ingredient o 21.03.2003 | nachricht Nachricht

For markets of the future, success depends on advanced materials

Technical Insights’ materials and chemicals research service: Advanced materials technology Advanced materials look set to revolutionize numerous applications in the 21st century. Scientists and engineers are undertaking extensive research activities in their quest to develop sophisticated new materials that are more durable, environmentally friendly, and energy efficient. "Advanced materials and chemicals are the enabling building blocks for future devices and systems, 19.03.2003 | nachricht Nachricht

New generation of advanced membranes

The development of a new generation of membranes based on conducting polymers has been the subject of a recent line of research in the Department of New Materials at CIDETEC, in association with the LEIA Technological Centre. This involves a field of work wherein the excellent advantages presented by electro-dialysis conventional membranes (continuous separation, low energy consumption, ease of combination with other separation processes, absence of additives) are combined with other, highl 18.03.2003 | nachricht Nachricht

Neue Werkstoffe, die unter Hochdruck entstehen

An der TU Darmstadt gelingt die Synthese von kubischem Zirconium und Hafnium Nitrid In der Märzausgabe 2003 von "nature materials", einer Zeitschrift aus dem renommierten US-amerikanischen Nature-Verlag, stellen Prof. Dr. Ralf Riedel, Dr. Andreas Zerr und Dr. Gerhard Miehe vom Fachbereich Material- und Geowissenschaften der TU Darmstadt ihre Forschungsergebnisse zur Hochdrucksynthese von Zirconium und Hafnium Nitrid vor, die zu neuen Übergangsmetallen von ausgezeichneter Härte und mit 11.03.2003 | 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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