Materialkunde: Von der Dampfmaschine bis zu Nanomaterialien

Die Entwicklung der Materialien: Ein historischer Überblick

Wichtige Meilensteine in der Materialwissenschaft

• 1769: Erfindung der Dampfmaschine durch James Watt
• 1831: Entdeckung des Dynamos durch Michael Faraday
• 1913: Popularisierung von rostfreiem Stahl
• 1950: Entdeckung der Silicone und erster Einsatz in Flugzeugen
• 1960: Herstellung von nahezu perfekten Siliziumkristallen
• 1962: Entdeckung der Nickel-Titan-Legierung (Nitinol)
• 1971: Einführung weicher Kontaktlinsen durch Bausch & Lomb
• 1983: Entwicklung des ersten Mobiltelefons
• 1991: Entstehung der ersten Webseite

Fünf Punkte der Zweiten Industriellen Revolution

• Neue Produktionssysteme: Beschleunigte und verbesserte Produktion
• Veränderung der Produktionsmethoden auf allen Ebenen
• Minimierung der Produktionskosten
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Kunststoffe: Eigenschaften und Geschichte

Kunststoffe zeichnen sich durch ihre Plastizität aus, eine Eigenschaft, die es ihnen ermöglicht, leicht in verschiedene Formen gebracht zu werden. Ihre Geschichte begann im späten 19. Jahrhundert mit dem Ziel, Elfenbein zu ersetzen.

Die Moleküle, aus denen Kunststoffe bestehen, werden Polymere genannt und entstehen durch die Verbindung einer großen Anzahl kleiner Moleküle, den Monomeren. Dieser Prozess wird als Polymerisation bezeichnet.

Kohlefaser: Ein Material mit außergewöhnlicher Festigkeit

Kohlefaser besteht aus langen, dünnen Fäden, die aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Die Atome bilden mikroskopische Kristalle, die parallel zur Faserachse angeordnet sind. Diese Struktur verleiht der Kohlefaser eine enorme Festigkeit im Verhältnis zu ihrer Größe.

Mehrere Kohlefasern werden zu einem Gewebe verflochten und mit Harz und Klebstoff kombiniert, um die gewünschte Form zu erhalten.

Vulkanisation von Reifen: Ein chemischer Prozess

Die Hauptkomponente von Reifen ist Latex, das in seiner natürlichen Form eine klebrige, aber wenig widerstandsfähige Masse darstellt. Die Entdeckung der Vulkanisation durch Charles Goodyear bestand darin, Latex mit Schwefel zu vermischen.

Der Schwefel bildet chemische Bindungen zwischen den Latexsträngen und verleiht dem Gummi so die Festigkeit und Flexibilität, die wir von Reifen kennen.

Zehn Materialien der Zukunft

• Bügelfreie Stoffe
• Fleckenresistente Stoffe
• Elektrisch leitfähige Kunststoffe
• Biomaterialien für künstliche Knochen und Gewebe
• Nanomaschinen
• Langlebige Miniaturbatterien
• Extrem dünne Touchscreens
• Elektronische Tinte zur Anzeige von Text, Fotos und Zeichnungen
• XDR-Strukturen aus Kohlenstoffnanoröhren
• Intelligente Materialien, die ihre Eigenschaften an die Umgebung anpassen können