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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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Einbahn für Wärmeleitung geplant

Material soll gleichzeitig leiten und isolieren Italienische Wissenschaftler haben einen Plan entworfen, mit dem ein Material Wärme in die eine Richtung leitet und in die andere Richtung isoliert. Theoretisch wäre es möglich, dass die "heiße Röhre" einen Teil einer elektronischen Schaltung kühl und das andere Ende wärmt, berichtet das Fachmagazin Nature in der aktuellen Online-Ausgabe. Einsatzmöglichkeiten sehen die Forscher in mikroelektronischen Schaltungen und chip-großen chemischen 05.03.2002 | nachricht Nachricht

Ceramic research reaches new heights

Materials scientists at the University of Wales Aberystwyth (UWA) are taking ceramics to new heights in order to determine the structure and stability of the materials which are used to construct aeroplane engines and the tiles for the space shuttle. Dr Rudi Winter and colleagues from the Department of Physics at UWA are using a unique combination of techniques to study the materials at extreme temperatures which simulate those experienced when aircraft travel at high speed or when they dec 05.03.2002 | nachricht Nachricht

Hoffnung für Bypass-Patienten

DBU-Projekt will "künstliches Gewebe" umweltentlastend herstellen Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle entwickelt hochreines Biopolymer als Basis für Operationsmaterial - 640.000 Euro Förderung Bisher kennt man sie nur als kompostierbaren, aber teuren Ersatz herkömmlicher Kunststoffe. Doch das Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle (UFZ) in Leipzig (Sachsen) will spezielle, von Bakterien erzeugte, umweltfreundliche Kunststoffe (Polymere) für den menschlichen Körper bald erstmalig auc 05.03.2002 | nachricht Nachricht

Breakthrough for nano threads

Europe is one step ahead of the US in the development of a new type of semiconductor structure consisting of incredibly thin nano threads. A Swedish team headed by Professor Lars Samuelson at the LTH, the Lund Institute of Technology, Lund University, has taken the lead in this field of research. “In nano threads, we can combine semiconductor materials that no one has previously been able to grow. This results in entirely new electrical properties: a single electron can be monitored and made to run a 27.02.2002 | nachricht Nachricht

Gefahrenherd Kabelbrand: Neuer Kautschukmantel reduziert Brandfolgen

Personen- und Sachschäden als Brandfolgen, wie sie beim Düsseldorfer Flughafenbrand hervorgerufen wurden, wird es im neuen Terminal des Münchner Franz-Josef-Strauß-Airports nicht geben. Grundlage für die neue Sicherheit gegen Flammen ist ein neuartiger Kautschuk in der Kabelummantelung. Bis zu 1.100 Grad Celsius behält der Spezialgummi seine Funktionsfähigkeit und kommt damit nahe an den Schmelzpunkt von Kupfer heran. Kurzschlüsse sind damit ausgeschlossen: Herkömmliche Kunststoffe verbrennen schon 21.02.2002 | nachricht Nachricht

Neuartige Materialien für die polymergestützte Flüssigphasensynthese

Polymer Laboratories bringt neuartige makroporöse Copolymerpartikel für die Flüssigphasen-Synthese ("Solution Phase Synthesis") in der kombinatorischen Chemie auf den Markt. Die einzigartigen makroporösen Partikel (MP) mit hoher Beladungsdichte sind die innovativste Technologie für den rapide wachsenden Einsatz von Scavenger-Harzen der "solution phase"-Synthese in der Pharmaforschung. PL’s MP-Harze vereinen die wesentlichen Merkmale wie Härte, Lösungsmittel-Kompatibilität und geringes Quellverh 20.02.2002 | nachricht Nachricht

Mikroskop macht elektrochemische Reaktionen sichtbar

CSIRO schätzt weltweiten Marktwert auf 250 Mio. Dollar Australische Wissenschaftler haben nach eigenen Angaben die nächste Generation des Mikroskops entwickelt. Das CSIRO EvolutionProbe (CEP) ermöglicht, Oberflächenphänomene wie Korrosion und Rosten in Echtzeit zu beobachten. Es soll den größten Fortschritt seit der Entwicklung des Elektronenmikroskopes darsellen und neue Analysemöglichkeiten eröffnen. Der Entwickler von CEP, Aaron Neufeld von CSIRO, meint dazu: "Es ist das einzige a 20.02.2002 | nachricht Nachricht

Hightech-Kleidung wärmt und kühlt mit Phasenwechseln

Wachshaltige Substanzen in Mikrokapseln werden temperaturabhängig flüssig oder fest US-Forschern ist es gelungen, Mikrokapseln mit wachshaltigen Substanzen in Kleidungsstücke einzuarbeiten. Die Mikrokapseln kühlen bei körperlicher Anstrengung und wärmen aktiv bei frostigen Erholungsphasen. Mit diesem Material ausgestattete Kleidungsstücke halten laut eines Berichts des Magazins Technology Review die Haut des Trägers auf einer konstanten Temperatur. Von den Textilien sollen Wintersportler 19.02.2002 | nachricht Nachricht

Der Metallschaum - Material mit Zukunft

Im Leben des Menschen haben Werkstoffe zu allen Zeiten eine wesentliche Rolle gespielt. So sieht man schon an der Stein-, Bronze- oder Eisenzeit, dass ganze Epochen der Geschichte durch die Verwendung eines bestimmten Werkstoffes geprägt sind. Ohne Fortschritte auf dem Gebiet der Werkstoffe wären auch die derzeitigen Entwicklungen im Technischen Zeitalter undenkbar. Mit der Erforschung von Materialien beschäftigt sich das Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien am Institut für Werksto 13.02.2002 | nachricht Nachricht

Vom Acker in den Bus: Umweltfreundliche Werkstoffe aus Kartoffeln und Zuckerrüben

Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert Projekt zur Entwicklung von Busbauteilen aus nachwachsenden Rohstoffen mit 477.000 Euro Umwelt- und gesundheitsbelastende Materialien im Fahr- und Flugzeugbau könnten zukünftig durch Produkte aus Pflanzenölen, Grünschnitt, Kartoffeln oder Zuckerrüben ersetzt werden. Ein Team unter Leitung der Ingenieurgemeinschaft für Landwirtschaft und Umwelt (IGLU) aus Göttingen entwickelt zurzeit ein Modellverfahren zur Herstellung eines Omnibus-Karosserieb 08.02.2002 | nachricht Nachricht
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Talente-Sonderschau: Architekturstudenten der HTWK Leipzig zeigen filigrane Skulptur aus Strohhalmen – dahinter steckt eine Konstruktionsidee für organisch gekrümmte Fassaden

Swaying Straws (Wiegende Halme) heißt die Skulptur, die die zwei Architekturstudenten Fabian Eidner und Theodor Reinhardt von der Hochschule für Technik,...

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Verfahren des Maschinenlernens haben durch die Verfügbarkeit von enormen Datenmengen in den vergangenen Jahren einen großen Zuwachs an Anwendungen in vielen Gebieten erfahren: vom Klassifizieren von Objekten, über die Analyse von Zeitreihen bis hin zur Kontrolle von Computerspielen und Fahrzeugen. In einem aktuellen Review in der Zeitschrift „Nature Machine Intelligence“ beleuchten Autoren der Universitäten Leipzig und Göteborg den aktuellen Stand der Anwendung und Anwendungsmöglichkeiten des Maschinenlernens im Bereich der Forschung an aktiven Materialien.

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Forscher des Hubrecht-Instituts (KNAW - Niederlande) und des Max-Planck-Instituts in Münster haben entdeckt, wie ein essentielles Protein bei der Umwandlung von normalen adulten humanen Zellen in Stammzellen zur Aktivierung der genomischen DNA beiträgt. Ihre Ergebnisse werden im „Biophysical Journal“ veröffentlicht.

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Im Focus: Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken vielversprechendes Material für Informationstechnologien

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Im Focus: Von China an den Südpol: Mit vereinten Kräften dem Rätsel der Neutrinomassen auf der Spur

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Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des...

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