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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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Metalle bis ins Innerste durchleuchten

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Ypsilon aus Kohlenstoff

Am Berliner Max-Born-Institut haben Wissenschaftler erstmals Y-förmige einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren nachgewiesen/ Mögliche Alternativen für die Elektronik der Zukunft Erstmals konnten Wissenschaftler vom Berliner Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) das Wachstum von einwandigen Y-förmigen Nanoröhren mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops nachweisen. Die winzigen Kohlenstoffmoleküle haben einen Durchmesser von etwas meh 27.11.2000 | nachricht Nachricht

Geringere Fügekräfte, besserer Halt

Sie verbinden unterschiedliche Werkstoffe und greifen den Oberflächenschutz nicht an: Mechanische Verbindungstechniken wie das Durchsetzfügen sind in der blechverarbeitenden Industrie weit verbreitet. Eine Weiterentwicklung, das »Radial-/Taumelclinchen«, erweitert den Anwendungskreis des Clinchens nun auch auf Verbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind. Blechverbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind, werden bislang p 17.11.2000 | nachricht Nachricht

Neue hoch kriechbeständige Magnesiumlegierungen entwickelt

Dr.-Ing. Frank von Buch gelang es in seiner am Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik der TU Clausthal angefertigten Dissertation hoch kriechbeständige Magnesiumlegierungen (Magnesium-Scandium-Mangan) zu entwickeln. Sie sind auch noch bei 350 Grad Celsius kriechbeständig. Ihre Kriechgeschwindigkeit liegt um zwei Zehnerpotenzen unter denen der leistungsstärksten herkömmlichen Magnesiumlegierungen. Politik und Öffentlichkeit fordern: Ressourcen schone 15.11.2000 | nachricht Nachricht

Hochleistungs-Spurenanalytik

Exzeptionelle Senkung der Nachweisgrenzen durch aufschlussfreies Feststoffverfahren »A.M.S.El.« akronymisiert sich der Arbeitskreis für Mikro- und Spurenanalyse der Elemente und Elementspezies der Fachgruppe Analytische Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Die Spurenanalytiker spüren winzigste Mengen von Fremdelementen in einer Grundsubstanz, der Matrix auf. Sie tun es keineswegs nur aus theoretischem Interesse, sondern mit praktischem Ziel, zum Beis 15.11.2000 | nachricht Nachricht

Keramische Kraftwerke

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Luft umweltfreundlich in Strom und Wärme um. Ein spezieller Typ mit keramischen Elektroden arbeitet bei hohen Temperaturen sehr effizient auch mit Erdgas. So eignet er sich zum Einsatz in Blockheizkraftwerken. Wasserstoff ist der Energieträger der Zukunft. Er ist unerschöpflich verfügbar und bei seiner Verbrennung entsteht das Treibhausgas Kohlendioxid überhaupt nicht. Ebenso umweltfreundlich wandeln Brennstoff 13.11.2000 | nachricht Nachricht

Nickelfreie Sinterstähle

Getriebeteile im Auto sind hochbelastete Bauteile. Um wirtschaftliche Vorteile zu erzielen, werden diese Teile aus Sinterstählen gefertigt, die ihre besondere Festigkeit etwa durch Zusatz von Nickel erhalten. Nun gibt es einen gesundheits- und umweltfreundlichen nickelfreien Ersatz. Wenn tonnenschwere Lkws oder Traktoren anfahren oder in einen höheren Gang geschaltet werden, dann knirscht es schon mal im Getriebe. Selbst in einem Pkw sind Maschinen- un 13.11.2000 | nachricht Nachricht

Transparente Scheibenheizung

Der Winter steht vor der Tür. Ein Übel der kalten Jahreszeit sind beschlagene und zugefrorene Autoscheiben. Fraunhofer-Forscher entwickelten ein Verfahren, mit dem sie transparente und leitfähige Schichten herstellen können - die ideale Scheibenheizung. Allüberall werben Reifenhändler für neue Winterreifen. Ein deutliches Zeichen dafür, dass die nasse und kalte Jahreszeit mit Riesenschritten heraneilt. Mit sich bringt sie zugefrorene, kaum frei gekratzte 13.11.2000 | nachricht Nachricht

ACCESS rüstet sich mit ´SGI Origin´ für neue Herausforderungen bei der Gieß-Simulation

Mit dem Compute-Server realisiert der Ingenieur-Dienstleister erweiterte Möglichkeiten des virtuellen Experimentierens München, 27. Sept. 2000 - ACCESS e.V. in Aachen, Anbieter von Ingenieurleistungen für Material- und Prozess-Entwicklung im Bereich Gießtechnik, installiert ein Serversystem ´SGI Origin 2200´ - und baut damit seine Infrastruktur für numerische Simulation und High-Performance-Computing (HPC) deutlich aus. Durch die Anschaffung des mit 8 Prozessoren aus 09.11.2000 | nachricht Nachricht

Hallesche und Leipziger Wissenschaftler erforschen oxidische Grenzflächen

Neue Forschergruppe der DFG in Halle Am 27. Juni 2000 beschloss der Hauptausschuss der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), in Halle eine Forschergruppe "Oxidische Grenzflächen" einzurichten. Die neue Forschergruppe wird sich mit der Physik oxidischer Grenz- und Oberflächen und mit neuartigen Phänomenen in diesen Systemen beschäftigen. So wird die Basis für die Entwicklung neuer Materialien geschaffen, die in zukünftigen Anwendungen eine außerordentlich 06.11.2000 | nachricht Nachricht
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Wissenschaftler der Universität Würzburg und der Universität Freiburg gelang es die komplexe molekulare Struktur des bakteriellen Enzyms Cytochrom-bd-Oxidase zu entschlüsseln. Da Menschen diesen Typ der Oxidase nicht besitzen, könnte dieses Enzym ein interessantes Ziel für neuartige Antibiotika sein.

Sowohl Menschen als auch viele andere Lebewesen brauchen Sauerstoff zum Überleben. Bei der Umsetzung von Nährstoffen in Energie wird der Sauerstoff zu Wasser...

Im Focus: Neue Möglichkeiten des Additive Manufacturing erschlossen

Fraunhofer IFAM Dresden demonstriert Fertigung von Kupferbau

Am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden ist es gelungen, mittels Selektivem Elektronenstrahlschmelzen...

Im Focus: New opportunities in additive manufacturing presented

Fraunhofer IFAM Dresden demonstrates manufacturing of copper components

The Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM in Dresden has succeeded in using Selective Electron Beam Melting (SEBM) to...

Im Focus: New Pitt research finds carbon nanotubes show a love/hate relationship with water

Carbon nanotubes (CNTs) are valuable for a wide variety of applications. Made of graphene sheets rolled into tubes 10,000 times smaller than a human hair, CNTs have an exceptional strength-to-mass ratio and excellent thermal and electrical properties. These features make them ideal for a range of applications, including supercapacitors, interconnects, adhesives, particle trapping and structural color.

New research reveals even more potential for CNTs: as a coating, they can both repel and hold water in place, a useful property for applications like printing,...

Im Focus: Magnetisches Tuning auf der Nanoskala

Magnetische Nanostrukturen maßgeschneidert herzustellen und nanomagnetische Materialeigenschaften gezielt zu beeinflussen, daran arbeiten Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden und der Universität Glasgow. Zum Einsatz kommt ein spezielles Mikroskop am Ionenstrahlzentrum des HZDR, dessen hauchdünner Strahl aus schnellen geladenen Atomen (Ionen) periodisch angeordnete und stabile Nanomagnete in einem Probenmaterial erzeugen kann. Es dient aber auch dazu, die magnetischen Eigenschaften von Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu optimieren.

„Materialien im Nanometerbereich magnetisch zu tunen birgt ein großes Potenzial für die Herstellung modernster elektronischer Bauteile. Für unsere magnetischen...

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