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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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Keramik aus Holz

Interdisziplinäres Projekt im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes "Analysis, Modellierung und Simulation von Mehrskalenproblemen" Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gehen Wissenschaftler an den Universitäten Augsburg und Erlangen-Nürnberg der Frage nach, wie sich die mechanischen Eigenschaften von aus Holz gewonnenen Keramiken optimieren lassen. Dieses interdisziplinäre Projekt "Structural Optimization of Biomorphic Cellular Silicon Carbide Ceram 25.08.2000 | nachricht Nachricht

Deutsche Nanotechnologie in USA erfolgreich

Forschungszentrum Karlsruhe schließt Lizenzvertrag mit amerikanischem Unternehmen Die US-Firma MACH 1 Inc. mit Sitz in King of Prussia, Pennsylvania, hat soeben mit dem Forschungszentrum Karlsruhe einen Lizenzvertrag über ein Verfahren zur Erzeugung von Nanopartikeln abgeschlossen. Mit dem vom Forschungszentrum entwickelten Verfahren können nackte und beschichtete Nanopartikel mit hoher Ausbeute hergestellt werden. Nach dem Aufbau einer Produktionsanlage will MACH 1 Nanopartikel f 24.08.2000 | nachricht Nachricht

MATFORM an der TU Darmstadt gegründet

Materialforschungsverbund Rhein-Main an der TU Darmstadt gegründet MATFORM heißt der Materialforschungsverbund Rhein-Main, der jetzt an der TU Darmstadt gegründet worden ist. Die Universität folgt damit dem Vorschlag des Wissenschaftsrates zur Gründung lokaler Kompetenzzentren, die Forschung, Entwicklung und Weiterbildung in der Kooperation über die Fächergrenzen hinweg und im engen Verbund mit der Industrie vorantreiben sollen. Für Materialforschung und Werkstoff 07.08.2000 | nachricht Nachricht

Lockerer Schwung aus der künstlichen Hüfte

Künstliche Hüftgelenke aus Keramik müssen auf lange Zeit und zuverlässig sehr hohe Belastungen aushalten. Mit einem neuen Prüfverfahren können die Beanspruchungen, die im Körper auf das Implantat wirken, wirklichkeitsnah nachgebildet werden. Jährlich erhalten allein in Deutschland 150 000 Menschen ein künstliches Hüftgelenk. Für einen langen und sorgenfreien Einsatz ist nicht nur eine gute medizinische Versorgung nötig, die Implantate müssen auch extrem be 04.08.2000 | nachricht Nachricht

Laserstrahlumformen: Eine Sekunde Hitze auf engstem Raum

Um mehr als zehntausend Grad in einer Sekunde heizen Werkstoffe sich auf und kühlen ebenso schnell wieder ab, wenn sie mit einem Laserstrahl in Form gebracht werden. Daß dabei auch die Mikrostruktur und damit die Eigenschaften des bearbeiteten Materials sich verändern, ist unvermeidlich; doch sollen die Bauteile sowohl exakt geformt sein als auch weiterhin beispielsweise bruch- und reißfest bleiben. Im Schwerpunktprogramm "Kurzzeitmetallurgie" fördert die Deutsche 13.07.2000 | nachricht Nachricht

EXPOnat lockt Experten fürs Beschichten und Entschichten an

Während die EXPO 2000 in Hannover sich um die Besucherzahlen sorgt, findet ihr "Ableger" an der Universität Dortmund zumindest hohes fachliches Interesse bei den Experten. Am 4. August 2000 haben sie Gelegenheit, die Technologie der Hochleistungsbeschichtung und -entschichtung nicht nur in Witten zu betrachten, sondern auch in einem Seminar auf dem Campus Nord der Dortmunder Uni ausgiebig zu diskutieren. Die Forscher setzen bei ihrem Seminar ein Que 11.07.2000 | nachricht Nachricht

Diamantähnliche Schichten helfen Sprit sparen

Wenn der Benzinpreis steigt, wird die Forderung nach sparsamen Autos lauter. Fraunhofer-Forscher versahen bewegliche Motorteile mit einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und erzielen damit große Wirkung: Der Spritverbrauch und die CO2-Emission sinken. Wie teuer wird der Sprit? Über diese Frage zerbrechen sich Autofahrer, Regierung und Lobbies den Kopf. Eins ist gewiss: Billiger wird er nicht. Mit Leichtbau-Karosserien oder neuen Motorenkonzepten versuc 06.07.2000 | nachricht Nachricht

Klebeverbindungen durch Laserstrahlung

Um die Aushärtung von Polymerklebstoffen deutlich zu verbessern, konzentrieren sich Arbeiten am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) auf eine effektivere Nutzung der Laserstrahlung. Durch die Verwendung von Lasern mit Wellenlängen im nahen UV- bzw. blauen VIS-Bereich wurde die Tiefenaushärtung beschleunigt und deutlich verbessert. Aushärtezeiten im Sekundenbereich bei Tiefen im Millimeterbereich können erzielt werden. Schon seit Beginn der 90er Jahre findet die 06.07.2000 | nachricht Nachricht

Gebirge auf glattem Glas

Nur höchste Qualität sichert der deutschen Glas- und Keramikindustrie Wettbewerbsvorteile. Oberflächen und innere Strukturen der Materialien müssen daher sehr genau untersucht werden. Strukturen von nur einem Millionstel Millimeter Größe können entscheiden. Nur höchste Qualität kann der deutschen Glas- und Keramikindustrie einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. Das bedeutet, dass die Oberfläche und die innere Struktur der Materialien mit einer bisher nich 06.07.2000 | nachricht Nachricht

Schwierige Zukunft für Krümmer aus Grauguss

Jenaer Werkstoff-Experte prophezeit das Ende herkömmlicher Auspuffrohre Jena (05.07.00) "Wenn die neue EU-Abgasnorm für alle Neufahrzeuge - oder gar eine noch schärfere Norm - in Kraft tritt, hat Grauguss als Material für Auspuffkrümmer von Otto-Motoren ausgedient", prophezeit Prof. Dr. Uwe Glatzel. Der Werkstoffwissenschaftler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat gemeinsam mit der Adam Opel AG, Rüsselsheim, in rund zweijährigen Forschungsarbeiten die Materi 05.07.2000 | nachricht Nachricht
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Im Focus: 'Nanochains' could increase battery capacity, cut charging time

How long the battery of your phone or computer lasts depends on how many lithium ions can be stored in the battery's negative electrode material. If the battery runs out of these ions, it can't generate an electrical current to run a device and ultimately fails.

Materials with a higher lithium ion storage capacity are either too heavy or the wrong shape to replace graphite, the electrode material currently used in...

Im Focus: Nervenzellen feuern Hirntumorzellen zum Wachstum an

Heidelberger Wissenschaftler und Ärzte beschreiben aktuell im Fachjournal „Nature“, wie Nervenzellen des Gehirns mit aggressiven Glioblastomen in Verbindung treten und so das Tumorwachstum fördern / Mechanismus der Tumor-Aktivierung liefert Ansatzpunkte für klinische Studien

Nervenzellen geben ihre Signale über Synapsen – feine Zellausläufer mit Kontaktknöpfchen, die der nächsten Nervenzelle aufliegen – untereinander weiter....

Im Focus: Stevens team closes in on 'holy grail' of room temperature quantum computing chips

Photons interact on chip-based system with unprecedented efficiency

To process information, photons must interact. However, these tiny packets of light want nothing to do with each other, each passing by without altering the...

Im Focus: Happy hour für die zeitaufgelöste Kristallographie

Ein Forschungsteam vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD), der Universität Hamburg und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) hat eine neue Methode entwickelt, um Biomoleküle bei der Arbeit zu beobachten. Sie macht es bedeutend einfacher, enzymatische Reaktionen auszulösen, da hierzu ein Cocktail aus kleinen Flüssigkeitsmengen und Proteinkristallen angewandt wird. Ab dem Zeitpunkt des Mischens werden die Proteinstrukturen in definierten Abständen bestimmt. Mit der dadurch entstehenden Zeitraffersequenz können nun die Bewegungen der biologischen Moleküle abgebildet werden.

Die Funktionen von Biomolekülen werden nicht nur durch ihre molekularen Strukturen, sondern auch durch deren Veränderungen bestimmt. Mittels der...

Im Focus: Happy hour for time-resolved crystallography

Researchers from the Department of Atomically Resolved Dynamics of the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) at the Center for Free-Electron Laser Science in Hamburg, the University of Hamburg and the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) outstation in the city have developed a new method to watch biomolecules at work. This method dramatically simplifies starting enzymatic reactions by mixing a cocktail of small amounts of liquids with protein crystals. Determination of the protein structures at different times after mixing can be assembled into a time-lapse sequence that shows the molecular foundations of biology.

The functions of biomolecules are determined by their motions and structural changes. Yet it is a formidable challenge to understand these dynamic motions.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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