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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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Laser erobert Stahlproduktion

Wirtschaftlichkeit in der Stahlherstellung wird gesteigert Ein am Institut für Experimentalphysik/Angewandte Physik der Johannes Kepler Universität Linz entwickeltes Gerät ermöglicht die kontinuierliche Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur von Metallschmelzen, insbesondere auch von Stahl. Da dieses Gerät ohne Unterbrechung des Stahlherstellungsprozesses eingesetzt werden kann, wird die Wirtschaftlichkeit in der Stahlherstellung dadurch wesentlich gesteigert werden. 24.01.2002 | nachricht Nachricht

Neues Buch: 3D Mikro- und Nanostrukturen quantitativ beschreiben?

Mikro- und Nanostrukturen im Blickfeld von Mathematik und Materialwissenschaft Einen umfassenden Überblick zur quantitativen Beschreibung von Werkstoffen ermöglichen der Werkstoffwissenschaftler Prof. Dr. Frank Mücklich (Universität des Saarlandes) und der Mathematiker PD Dr. Joachim Ohser (FhI für Technomathematik Kaiserslautern) in ihrer neuen Veröffentlichung: Das bei Wiley & Sons erschienene Buch mit dem Titel "Statistical Analysis of Microstructures in Materials Science" umfasst 375 23.01.2002 | nachricht Nachricht

Die weiche Revolution

Ohne Weichmacher gäbe es heute keine Kunststoffe "Weichmacher funktionieren, indem sie sich zwischen die Fadenmoleküle des Kunststoffs schieben und sie auseinander drängen. Sie wirken wie Öl auf einem Teller Spaghetti, das die Nudeln leichter aneinander vo 22.01.2002 | nachricht Nachricht

Scientists Spin Spidery Silk

Few things appear as delicate as a spider’s web, each gossamer strand one-tenth the width of a human hair. Yet pound for pound, the sturdiest spider silks are stronger than steel and stretchier than nylon. With such remarkable properties, it’s no wonder that researchers have made numerous attempts to synthesize spider silk for industrial and medical applications. (Efforts to farm the arachnids have failed as a result of their territorial nature.) Indeed, in the words of one scientist, this 21.01.2002 | nachricht Nachricht

Scientists Fabricate Microscale ’Bicycle Chain’

Scientists have manufactured a microscale bicycle chain comprised of silicon links thinner than a human hair that behaves just like its regular-sized counterpart. The tiny chain system could one day help power microscopic devices. Ed Vernon, a technologist at Sandia National Laboratories, designed and patented the 50-link silicon microchain (see image), which was built by the lab’s Microelectronics Development Laboratory (MDL). The centers of the tiny links are separated by just 50 mic 16.01.2002 | nachricht Nachricht

Nanotube ’Peapods’ Exhibit Surprising Electronic Properties

In yet another small step toward building nanoscale devices, scientists have determined that nanotube peapods — minute straws of carbon filled with spherical carbon molecules known as buckyballs — have tunable electronic properties. Published online by the journal Science,the findings suggest that stuffing the straws provides greater control over the electronic states of single-walled carbon nanotubes (SWNT). Using a low-temperature scanning tunneling microscope, Ali Yazdani of the Univers 07.01.2002 | nachricht Nachricht

Lichtschutz für Lebensmittel maßschneidern

Licht und Sauerstoff sind für die meisten Lebensmittel schädlich. Denn gerade diese Kombination ist verantwortlich für die Fotooxidation verschiedener Inhaltsstoffe, was dazu führt, dass fetthaltige Nahrungsmittel ranzig werden oder Milchprodukte einen »Lichtgeschmack« entwickeln. Verstärkt wird der Qualitätsverlust durch Substanzen wie dem Pflanzenfarbstoff Chlorophyll oder Riboflavin (Vitamin B2), denn sie wirken wie Katalysatoren: Sie absorbieren Licht, übertragen die Energie auf den Sauerstoff 21.12.2001 | nachricht Nachricht

Brandschutz im Kunststoff

So erfolgreich sich die verschiedensten Kunststoffe auch etabliert haben mögen - wenn es brennt, zeigen die meisten dieser vielseitigen Werkstoffe ein anderes Gesicht: Sie schmelzen und nähren das Feuer wie Erdöl, aus dem sie letztlich hergestellt wurden. Um dies zu verhindern, werden ihnen verschiedene Flammschutzmittel zugesetzt. Doch führt dies zu einigen Nachteilen: So verschlechtern sich häufig die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Isolierwirkung der Kunststoffe. Insbesondere brom 21.12.2001 | nachricht Nachricht

Crystal’s Strange Behavior Could Enable Chemical Cleanup

Logic dictates that when you increase the pressure acting on a material, it should compact. So a report from an international team of scientists that they have discovered a crystal formation that expands under pressure is intriguing. The counterintuitive behavior may be exploited to make a crystal sponge for chemical cleanup. Writing in the December 19 issue of the Journal of the American Chemical Society, the researchers describe the behavior of natrolite, a type of zeolite, under increasi 18.12.2001 | nachricht Nachricht

Kratzfeste Beschichtungen auf Basis siloxanumhüllter Nanopartikel

Sie sind extrem kratzfest, umweltverträglich - weil frei von Lösemitteln - einfach zu applizieren und breit anwendbar, da sie ihre Wirkung auf Papier und Parkett ebenso entfalten wie auf Metallen und Kunststoffen – diese Vorteile verheißen Acrylatlacke, die die neu entwickelten siloxanumhüllten Nanopartikel der Degussa AG, Düsseldorf, enthalten. Im Vergleich zu konventionellen Acrylatsystemen ist die Abriebfestigkeit dieser Beschichtungen um ein Vielfaches höher. Möglich wird dieses Eigenschaftsspe 14.12.2001 | nachricht Nachricht
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Im Focus: Ein ultraschnelles Mikroskop für die Quantenwelt

Was in winzigen elektronischen Bauteilen oder in Molekülen geschieht, lässt sich nun auf einige 100 Attosekunden und ein Atom genau filmen

Wie Bauteile für künftige Computer arbeiten, lässt sich jetzt gewissermaßen in HD-Qualität filmen. Manish Garg und Klaus Kern, die am Max-Planck-Institut für...

Im Focus: Integrierte Mikrochips für elektronische Haut

Forscher aus Dresden und Osaka präsentieren das erste vollintegrierte Bauelement aus Magnetsensoren und organischer Elektronik und schaffen eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von elektronischer Haut.

Die menschliche Haut ist faszinierend und hat viele Funktionen. Eine davon ist der Tastsinn, bei dem vielfältige Informationen aus der Umgebung verarbeitet...

Im Focus: Dresdner Forscher entdecken Mechanismus bei aggressivem Krebs

Enzym blockiert Wächterfunktion gegen unkontrollierte Zellteilung

Wissenschaftler des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden im Nationalen Centrum für Tumorerkrankungen Dresden (NCT/UCC) haben gemeinsam mit einem...

Im Focus: Integrate Micro Chips for electronic Skin

Researchers from Dresden and Osaka present the first fully integrated flexible electronics made of magnetic sensors and organic circuits which opens the path towards the development of electronic skin.

Human skin is a fascinating and multifunctional organ with unique properties originating from its flexible and compliant nature. It allows for interfacing with...

Im Focus: Dresden researchers discover resistance mechanism in aggressive cancer

Protease blocks guardian function against uncontrolled cell division

Researchers of the Carl Gustav Carus University Hospital Dresden at the National Center for Tumor Diseases Dresden (NCT/UCC), together with an international...

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