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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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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

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Gebirge auf glattem Glas

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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

Chemieingenieurwesen: Maßgeschneiderte Werkstoffe herstellen

Zu einem Erfolgsstudiengang entwickelt sich das Chemieingenieurwesen, das die TU München an ihrem Standort Garching bereits im dritten Jahr anbietet. Die Anzahl der Studienanfänger hat sich seit Einführung des Studiums im Wintersemester 1997/98 verdoppelt. Für das Wintersemester 2000/01 ist die Einschreibung noch bis zum 15. Juli möglich. Die Berufsaussichten für Absolventen des Chemieingenieurwesens sind ausgezeichnet. Chemieingenieurwesen ist das Teilgebiet 04.07.2000 | nachricht Nachricht

Forschungskooperation im Brückenbau

Bauhaus-Universität entwickelt für mittelständisches Unternehmen neuartige Lager für Brücken in erdbebengefährdeten Gebieten Die Professur Verkehrsbau, Prof. Dr. Ursula Freundt, Fakultät Bauingenieurwesen, hat vom Bundesministerium für Wissenschaft die 1000. Förderung im Rahmen des PROgramms INNOvationskompetenz (PRO INNO) zugesprochen bekommen. Inhalt des Forschungsprojektes, das mit 175 TDM gefördert wird, ist die Entwicklung von neuen Produkten zur Lage 20.06.2000 | nachricht Nachricht

Sensor mit Gefühl

Bei Schlüsselloch-Operationen können Ärzte ihren Tastsinn nicht richtig nutzen. Hier könnte ein neuartiger Sensor Abhilfe schaffen: Fraunhofer-Forscher arbeiten an einem Drucksensor, der dem Tastsinn der menschlichen Haut nachempfunden ist. Chirurgen brauchen bei Operationen das richtige Fingerspitzengefühl, um unterschiedliche Gewebestrukturen zu erkennen und das Skalpell exakt zu führen. Bei Schlüsselloch-Operationen können Ärzte ihren Tastsinn jedoch ni 06.06.2000 | nachricht Nachricht

Fast wie in einer Raumstation: Hochmodernes Spektrometer am IPF Dresden e. V. installiert

 Anschaffung des hochmodernen Photoelektronenspektrometers AXIS ULTRA, dem zweiten seiner Art in Deutschland, erfolgt im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojektes. Das AXIS ULTRA, das im Aussehen einer Raumstation kaum nachsteht, soll zur Untersuchung von Festkörperoberflächen eingesetzt werden. Viele natürliche und technische Prozesse und Reaktionen verlaufen direkt an Festkörperoberflächen: zwei Teile werden verleimt, 26.05.2000 | nachricht Nachricht

Lichtsignale in Glasfasern verstärken

Glaschemiker der Uni Jena entwickeln Phasenverstärker für die Optoelektronik Jena (24.05.00) Die Daten, die heutzutage beim Telefonieren oder Internetsurfen als Lichtimpulse durch Glasfaserkabel gesandt werden, müssen zwischen den Kontinenten immer wieder verstärkt werden. Die Lichtinformationen gelangen dabei durch die Glasfaser zu einer Photozelle, werden elektronisch verstärkt und zu einem Laser geleitet, um wiederum in der Glasfaser zu verschwinden - bis sie in d 24.05.2000 | nachricht Nachricht
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Wenige nanometerdünne Filme aus magnetischen Materialien sind ideale Testobjekte, um grundlegende Fragestellungen des Magnetismus zu untersuchen. Darüber...

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Prof. Dr. Lars Pastewka from the Simulation group at the Department of Microsystems Engineering at the University of Freiburg and his team have simulated such...

Im Focus: Transparente menschliche Organe ermöglichen dreidimensionale Kartierungen auf Zellebene

Erstmals gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, intakte menschliche Organe durchsichtig zu machen. Mittels mikroskopischer Bildgebung konnten sie die zugrunde liegenden komplexen Strukturen der durchsichtigen Organe auf zellulärer Ebene sichtbar machen. Solche strukturellen Kartierungen von Organen bergen das Potenzial, künftig als Vorlage für 3D-Bioprinting-Technologien zum Einsatz zu kommen. Das wäre ein wichtiger Schritt, um in Zukunft künstliche Alternativen als Ersatz für benötigte Spenderorgane erzeugen zu können. Dies sind die Ergebnisse des Helmholtz Zentrums München, der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und der Technischen Universität München (TUM).

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