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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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Nanoparticles could aid biohazard detection, computer industry

Nanotechnology could make life easier for computer manufacturers and tougher for terrorists, reports a Purdue University research team. A group led by Jillian Buriak has found a rapid and cost-effective method of forming tiny particles of high-purity metals on the surface of advanced semiconductor materials such as gallium arsenide. While the economic benefits alone of such a discovery would be good news to chip manufacturers, who face the problem of connecting increasingly tiny com 12.12.2002 | nachricht Nachricht

Komfortable Kinderschuhe dank Fußdummy und Messsocke

nnovationen aus der industriellen Gemeinschaftsforschung Pro Jahr gehen in Deutschland etwa 22 Mio. Paar Kinderschuhe über die Ladentheke. Rund 30 Prozent davon stellen deutsche Firmen her. Neben seinem modischen Aussehen und seiner richtigen Passform ist die Fähigkeit zur Wärme- und Feuchtigkeitsregulation maßgeblich für den Komfort eines Schuhs. Die Füße sollen warm und trocken bleiben und vor äußeren Einwirkungen geschützt werden. Der Abtransport des Fußschweißes durch Socke und S 10.12.2002 | nachricht Nachricht

Rationeller Arbeiten mit weniger Energie

Gussteile werden schonend, aber wirkungsvoll von Sandsteinresten befreit Exakte Gussteile sind das A und O in der Maschinen- und Anlagenbauindustrie. Damit dieses Ziel erreicht werden kann, müssen die Teile nach dem Gießen vom Sand befreit werden. Dieser Vorgang wird als „Entkernen“ bezeichnet und hilft, die Gussteile vom Sandkern zu trennen. Diese Reste des Gießvorganges würden sonst die Funktion des Gussprodukts beeinträchtigen. Mit dem Projekt „Entkernsystem für Leichtm 02.12.2002 | nachricht Nachricht

Innovation: Die ersten Schritte der dreidimensionalen Schuhsohle

Ein kleines Unternehmen aus der Region von Bordeaux mit dem Namen Etect, das sich auf dem Gebiet nicht entflammbarer und perforationsschützender technischer Textilien spezialisiert hat, hat gemeinsam mit dem CEA (französische Atomenergiebehörde) neue Textilien mit besonderen Eigenschaften entwickelt. Die konformierbaren Verbundwerkstoffe auf der Basis gestrickter Vorformen sind 10 bis 100 Mal widerstandsfähiger gegenüber der Schubkraft, als wabenförmige Vorformen. Desweiteren zeigen die Verbundwerks 27.11.2002 | nachricht Nachricht

Bald selbstreinigende Brillengläser?

Wissenschaftler des CEA (Atomenergiebehörde) erforschen derzeit in einer frühen Entwicklungsphase die selbstreinigende Wirkung von Mikrowimpern aus Polymeren, die auf die Oberfläche der Brillengläser aufgepfropft werden. Auf der einen Seite sollen diese Mikrowimpern diskret genug sein, um die optischen Eigenschaften der Gläser nicht zu verändern, auf der anderen Seite sollen sie jedoch lang und dicht genug sein, um Schmutzstellen aller Art von der Oberfläche zu entfernen. Im Normalfall werden Schmutz 27.11.2002 | nachricht Nachricht

Superlicht für Wissenschaft und Industrie

Synchrotronstrahlungsquelle ANKA im Forschungszentrum Karlsruhe nun uneingeschränkt verfügbar Die Synchrotronstrahlungsquelle ANKA (ÅNgströmquelle KArlsruhe) wurde im Forschungszentrum Karlsruhe im Jahr 2001 in Betrieb genommen. Seither sind die Betriebsbedingungen optimiert und die Strahlrohre für analytische Messungen sowie für die Fertigung von Mikrobauteilen aufgebaut worden. Ab Anfang 2003 steht die Anlage uneingeschränkt für die wissenschaftliche und wirtschaftliche Nutzung zur 26.11.2002 | nachricht Nachricht

Planes leading edges in a single piece

The basque company SK10, which works in the integration of aeronautical structures, has given a significant step forward in its innovation range within compound materials of carbon fibre. Recently, SK10 has signed with the company EADS-CASA a contract for the development, industrialisation and subsequent mass production of the leading edges of the horizontal stabiliser for the new aircraft Falcon F7X, of the French company DASSAULT. The development of horizontal stabiliser 25.11.2002 | nachricht Nachricht

Neuer nanoporöser Werkstoff entdeckt

Einen neuen nanoporösen Werkstoff, hergestellt auf der Grundlage von Nickelbasis-Superlegierungen, haben Wissenschaftler am Institut für Werkstoffe (IfW) der Technischen Universität Braunschweig entwickelt. Das Material ist feinproriger als jedes andere heute bekannte metallische Material und verspricht daher vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Mikro- und Nanobereich. Die gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Kanäle sind weniger als ein tausendstel Millimeter klein. Der Werksto 25.11.2002 | nachricht Nachricht

Brandschutz der außerirdischen Art - Alulight erfindet das 100%feuersichere Haus

Integriertes Rohr-Kühlsystem in Aluschaum-Paneelen verhindert Brände Mit einer der wohl intelligentesten Erfindung setzt Alulight aus Ranshofen effektivste Maßstäbe in der Brandvorsorge. Übliche Sprinkeranlagen haben ab sofort ausgedient. Die Aluschaum-Paneelen sind mit Kupfer- oder Edelstahlrohren durchzogen, die durch hochempfindliche Sensoren den leisesten Hauch einer Hitzeentwicklung erkennen. Und promptest reagieren. Wasser wird durch die Rohre gejagt, die Fußboden- und Deckenele 20.11.2002 | nachricht Nachricht

Neue Möglichkeiten der Materialanalyse durch hochenergetische Synchrotronstrahlung

Hochenergetische Synchrotronstrahlung ist ein neues, sehr vielseitiges Instrument zur Materialanalyse und der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen aller Art. Von einer Arbeitsgruppe der TU Clausthal, der Universität Göttingen und des HASYLAB Hamburg wurden spezielle Methoden zur Orientierungsabbildung des Werkstoffinneren entwickelt. Die neuen Techniken werden in einem internationalen Workshop im April 2003 in Hamburg vorgestellt. Lokale Texturen in einem Rippenrohr aus Kupfer (Wärmeta 19.11.2002 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Im Focus: Robuste Materialien in Schwingung versetzt

Kieler Physikteam beobachtet in Echtzeit extrem schnelle elektronische Änderungen in besonderer Materialklasse

In der Physik werden sie zurzeit intensiv erforscht, in der Elektronik könnten sie ganz neue Funktionen ermöglichen: Sogenannte topologische Materialien...

Im Focus: Excitation of robust materials

Kiel physics team observed extremely fast electronic changes in real time in a special material class

In physics, they are currently the subject of intensive research; in electronics, they could enable completely new functions. So-called topological materials...

Im Focus: Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden

Theoretisch lässt sich das Speichervermögen von handelsüblichen Lithiumionen-Batterien noch vervielfachen – mit einer Elektrode, die auf Silizium anstatt auf Graphit basiert. Doch in der Praxis machen solche Akkus mit Silizium-Anoden nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen schlapp. Ein internationales Team um Forscher des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung hat jetzt in einzigartiger Detailgenauigkeit beobachtet, wie sich die Defekte in der Anode ausbilden. Dabei entdeckten sie bislang unbekannte strukturelle Inhomogenitäten in der Grenzschicht zwischen Anode und Elektrolyt. Die Erkenntnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Silizium-basierte Anoden können in Lithium-Ionen-Akkus prinzipiell neunmal so viel Ladung speichern wie der üblicherweise verwendete Graphit, bei gleichem...

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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