Materialkunde: Eigenschaften, Werkstoffe und Technologien

Materialeigenschaften

• Mechanisch: Dichte, Härte, Zähigkeit, Duktilität und Sprödigkeit.
• Thermisch: Schmelztemperatur, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung.
• Elektromagnetisch: Elektrische Leitfähigkeit.
• Chemisch: Korrosionsbeständigkeit.
• Akustisch: Schallleitfähigkeit.
• Optisch: Farbe, Transparenz, Reflexion und Brechungsindex.

Klassifizierung und Verbundwerkstoffe

Die vier Ebenen der Materialkomplexität sind: Chemische Elemente, chemische Verbindungen, Materialmischungen (Legierungen) und Verbundwerkstoffe. Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen chemischen oder physikalischen Eigenschaften, die zusammen eine Substanz mit neuen, spezifischen Eigenschaften bilden. Beispiele: Sperrholz oder Polyamid.

Entstehung der Elemente

Die Elemente des Universums entstehen an vier Orten: In den ersten Augenblicken nach dem Urknall, im Inneren von Sternen, bei Supernova-Explosionen und im Labor.

Spezielle Werkstoffe

Elektrochromes Glas

Dieses Glas ändert seine Farbe je nach Lichteinfall. Es reduziert die Raumtemperatur, blockiert durch Reflexion ultraviolette und infrarote Strahlen und schützt so die menschliche Haut sowie die Farbe von Objekten.

Niob

Niob wird zur Herstellung von Magneten mit hoher magnetischer Energie verwendet und ist essenziell für Mikromotoren, wie sie in Festplatten zum Einsatz kommen. Zudem findet es Anwendung in der Computertechnik, Raumfahrt, Medizintechnik (Implantate) und bei Magnetschwebebahnen.

Mineralien, Erze und Nanotechnologie

Mineralien und Erze

Ein Mineral ist ein natürlich vorkommender, fester Stoff in der Erdkruste, der meist aus mindestens einem Metall und einem Nichtmetall besteht. Ein Erz ist ein Mineral, das Metalle in wirtschaftlich verwertbaren Mengen enthält.

Nanotechnologie

Die Nanotechnologie ist eine angewandte Wissenschaft, die sich mit dem Design, der Herstellung und der Anwendung von Materialien und Geräten im Nanometermaßstab befasst.

Halbleiter und Elektronische Tinte

Halbleiter

Die Leitfähigkeit von Halbleitern lässt sich durch Temperaturänderungen variieren. Die wichtigsten Vertreter sind Silizium und Germanium.

Elektronische Tinte (E-Ink)

Die von E Ink entwickelte elektronische Tinte ist ein Ersatz für traditionelles Papier. Das Leseerlebnis gleicht echtem Papier, jedoch kann die Seite gelöscht und neu beschrieben werden. Ein einziges Blatt kann so bis zu 10.000 Seiten eines herkömmlichen Buches speichern.

Umweltprobleme bei der Papierherstellung

• Abholzung der Wälder.
• Hoher Wasserverbrauch zur Trennung der Cellulose.
• Verschmutzung von Gewässern durch Schwefelverbindungen.
• Hoher Energiebedarf für die Produktionsmaschinen.