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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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"Von Geisterhand gerührt": Forschung zur Magnetofluiddynamik

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat am 5. Februar 2001 die Einrichtung einer Forschergruppe zum Thema "Magnetofluiddynamik (MFD):Strömungsbeeinflussung und Strömungsmessung in elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten" an der TU Ilmenau bewilligt. In sieben interdisziplinären Teilprojekten arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung neuer Verfahren der Werkstoffherstellung. Warum explodiert ein rohes Ei im Mikrowellenherd? Die Antwort auf diese Frage liegt im komplizierten W 09.02.2001 | nachricht Nachricht

ANKA sorgt für Lichtblitze

Neue Synchrotronstrahlungsquelle im Forschungszentrum Karlsruhe eingeweiht Im Forschungszentrum Karlsruhe wurde innerhalb des vorgesehenen Finanzrahmens von 70 Millionen DM und des Terminplans die Synchrotronstrahlungsquelle ANKA (ÅNgströmquelle KArlsruhe) fertiggestellt. Damit steht nun eine moderne Anlage zur Verfügung, die nicht ausschließlich auf wissenschaftliche Zwecke zugeschnitten, sondern in erster Linie für industriellen Service ausgelegt ist. Die Anwend 02.02.2001 | nachricht Nachricht

Kleben verbindet

Überall wird geklebt - egal, ob in der Automobil-, Luftfahrt-, Schienenfahrzeug- und Schiffbauindustrie oder im Lebensmittel-, Medizin- und Hygienebereich. Kleben fügt Werkstoffe schonend und dauerhaft zusammen. Allerdings fehlen qualifizierte Fachkräfte für diese Fügetechnik. Das Fraunhofer-Institut in Bremen bietet europaweit die erste Weiterbildung zum Klebfachingenieur, dem European Adhesive Engineer, an. Kleben verbindet: Klebstoff fügt die zer 18.01.2001 | nachricht Nachricht

Industrielle Mikrosysteme aus Kunststoff - Workshop vermittelt Anwendern Know-how

Der IVAM-Workshop "Industrielle Mikrosysteme aus Kunststoff" findet am 7. Februar im Technologiezentrum Dortmund statt. Die Bandbreite des Seminars reicht von Materialeigenschaften über die Fertigung bis zu Applikationen. Der Workshop richtet sich an Anwender aus der Industrie. Spezialkunststoffe, der Einsatz von Mikrosystemen aus Kunststoff in der Medizin oder Mikrostrukturierungsverfahren sind unter anderem Themen. Miniaturisierte Einwegchips für die Me 08.01.2001 | nachricht Nachricht

Reinraumlabor eröffnet - Forschungen zur Waver-Technologie

Im Institut für Nichtmetallische Werkstoffe weihte Professor Dr. -Ing. Jürgen G. Heinrich gemeinsam mit seinen Mitarbeitern der Arbeitsgruppe für Ingenieurkeramik das Reinraumlabor ein. Ein erster umfangreicher Industrieauftrag (Finanzvolumen 500.000 Mark) zur Waver-Technologie wird ab Januar 2001 bearbeitet. Reinräume werden benötigt für die Herstellung hochreiner Werkstoffe, beispielsweise in der Bio- oder Informationstechnologie. In vielen High-Tec 18.12.2000 | nachricht Nachricht

PET-Flaschen als qualitätsgerechte Lösung für die Lebensmittelverpackung

Das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV entwickelt das PET-Recycling technologisch und ökonomisch weiter. Neue Methoden der Qualitätssicherungsanalytik werden erarbeitet, damit Rezyklatproduzenten und -anwender lebensmittelrechtlich und sensorisch einwandfreies PET-Material garantieren können. PET-Getränkeflaschen ökonomisch und ökologisch zu optimieren, ist das Ziel eines neuen Forschungsprojektes am Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Ver 14.12.2000 | nachricht Nachricht

Glitzernde Schichten für Kunst und Optik

Werden Zifferblätter von Armbanduhren mit mehreren Schichten verschiedener Stoffe bedampft, so glänzen sie mit einem Farbspiel. Mit einer neuen Software lassen sich Farbkontraste und sogar der Farbeindruck für verschiedene Betrachtungswinkel berechnen. Zifferblätter von Uhren, Brillengestelle, metallische Lampenschirme und andere hochwertige Konsumgüter werden zunehmend mit dekorativen Oberflächen ausgestattet. Aufgedampfte Schichten hinterlassen ein 11.12.2000 | nachricht Nachricht

Modellprojekt: Keramische Werkstoffe für die Biotechnologie

Ein Forschungsteam der FH Gießen-Friedberg entwickelt aus keramischen Werkstoffen innovative Produkte für die Biotechnologie. Einsatzgebiete sind die pharmazeutische Forschung und Produktion sowie die Lebensmitteltechnologie. Das Modellprojekt "Biocera" wird von der Hessischen Technologiestiftung gefördert. Es hat ein Finanzvolumen von ca. 1,3 Millionen DM. Leiter des Projekts ist Prof. Dr. Peter Czermak vom Fachbereich Krankenhaus und Medizintechnik, Umwelt- 04.12.2000 | nachricht Nachricht

Forscher entwickeln Jalousien mit Durchblick

Es ist Hochsommer, und die Sonne knallt mal wieder voll ins Büro. Wie schön wäre es jetzt, eine Jalousie zu haben, die allzu grelle Strahlen zurückhält, trotzdem genug Licht in den Raum lässt und durch die man außerdem noch einen Blick nach draußen werfen kann! An einem solchen Sonnenschutz tüfteln Würzburger Forscher in Zusammenarbeit mit drei mittelständischen Unternehmen. Die Funktionsweise des "transparenten Sonnenschutzes" ist verblüffend einfach 01.12.2000 | nachricht Nachricht

Metalle bis ins Innerste durchleuchten

FH Aalen erhält einzigartigen Computertomographen zur 3D-Bauteilprüfung (27.11.00) Für die Fehlersuche in Körpern existieren zahlreiche Verfahren. Eine moderne Methode in der Medizin ist die Computertomographie. Dabei wird der menschliche Körper mittels Röntgenstrahlung scheibchenweise aufgenommen, und die zweidimensionalen Schnitte werden zu dreidimensionalen Bilder zusammenmontiert. Diese Bilder geben dann Auskunft über (krankhafte) Veränderungen des Körpers und s 27.11.2000 | nachricht Nachricht
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Im Focus: Freiburger Forschenden gelingt die erste Synthese eines kationischen Tetraederclusters in Lösung

Hauptgruppenatome kommen oft in kleinen Clustern vor, die neutral, negativ oder positiv geladen sein können. Das bekannteste neutrale sogenannte Tetraedercluster ist der weiße Phosphor (P4), aber darüber hinaus sind weitere Tetraeder als Substanz isolierbar. Es handelt sich um Moleküle aus vier Atomen, deren räumliche Anordnung einem Tetraeder aus gleichseitigen Dreiecken entspricht. Bisher waren neben mindestens sechs neutralen Versionen wie As4 oder AsP3 eine Vielzahl von negativ geladenen Tetraedern wie In2Sb22– bekannt, jedoch keine kationischen, also positiv geladenen Varianten.

Ein Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, diese positiv geladenen...

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Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

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Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Im Focus: Solving the mystery of quantum light in thin layers

A very special kind of light is emitted by tungsten diselenide layers. The reason for this has been unclear. Now an explanation has been found at TU Wien (Vienna)

It is an exotic phenomenon that nobody was able to explain for years: when energy is supplied to a thin layer of the material tungsten diselenide, it begins to...

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Eine ganz spezielle Art von Licht wird von Wolfram-Diselenid-Schichten ausgesandt. Warum das so ist, war bisher unklar. An der TU Wien wurde nun eine Erklärung gefunden.

Es ist ein merkwürdiges Phänomen, das jahrelang niemand erklären konnte: Wenn man einer dünnen Schicht des Materials Wolfram-Diselenid Energie zuführt, dann...

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