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 Die Materialwissenschaft oder Werkstoffkunde befasst sich mit Erforschung, Charakterisierung, Entwicklung, Herstellung und Verarbeitung technischer Materialien und Werkstoffe. Als interdisziplinäre Wissenschaft stützt sie sich auf die Fachgebiete Chemie, Physik, Ingenieurwesen, Mineralogie,  Kristallografie und Petrologie.
Das Fachgebiet ist wesentlicher Bestandteil der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung insbesondere im Maschinenbau, im Bauwesen und, vor allem im Bereich des Prüfwesens, in der Mechanischen Technologie.
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Nanokugeln formen selbstständig Metamaterial |
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Donnerstag, den 28. Oktober 2010 um 11:30 Uhr |
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Nanokugeln aus Kunststoffen, die selbstständig Sechsecke bilden, sollen die Produktion von Metamaterialien beschleunigen: Sie bilden ein Muster, das anschließend in ein Trägermaterial eingebracht wird.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern vom Interuniversity Microelectronics Centre (IMEC) im belgischen Löwen hat nach eigenen Angaben ein neues Verfahren zur Herstellung von Metamaterialien entwickelt. Das Verfahren soll die Herstellung optischer Metamaterialien vereinfachen und zu ihrer Verbreitung beitragen.
Nanokugeln bilden Sechsecke
Ausgangspunkt sind Nanokügelchen aus dem Polystyrol, die auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Das Trägermaterial besteht aus zwei Lagen Gold, zwischen denen sich eine Lage Siliziumoxid als Isolator befindet, sowie mehreren Schutzschichten. In mehreren Schritten wird das Muster, welches die etwa 550 Nanometer großen Polystyrol-Kugeln gebildet haben, mit Hilfe von Ionenstrahlen in die verschiedenen Schichten des Trägermaterials übertragen. Zum Schluss werden die Schutzschichten entfernt - fertig ist das Metamaterial. Das Metamaterial weist eine negative Brechzahl im nahen Infrarotbereich auf. Nach Angaben der Wissenschaftler um Kristof Lodewijks ändert sich der Bereich jedoch mit dem Durchmesser der Löcher. Dieser lässt sich beim Einbringen des Musters verändern.
Ein Bearbeitungsvorgang
Bislang sei die Herstellung von Metamaterialien mit einer Lochmaske teuer und langwierig, was einen Einsatz in großem Stil einschränke, schreiben die belgischen Forscher. Sie sind jedoch überzeugt, dass ihr Verfahren das ändern wird, da es ermöglicht, ein mehrlagiges Metamaterial in einem einzigen Bearbeitungsvorgang herzustellen.
Metamaterialien sind Stoffe, die aufgrund ihrer Struktur elektromagnetische Wellen auf eine Art und Weise beeinflussen, was so in der Natur nicht vorkommt. Unter anderem sollen sie die Entwicklung von Tarnkappen, die unsichtbar machen, oder die Herstellung effizienterer Solarzellen ermöglichen.
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High-Tech Fasern der Zukunft |
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Mittwoch, den 14. Juli 2010 um 08:26 Uhr |
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 Fasern finden sich längst nicht mehr nur in Kleidern, sondern beispielsweise auch in modernen Kommunikationsnetzen. Allerdings fristen sie dort ein recht passives Dasein. Yoel Fink vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und seine Kollegen ändern das nun: Die von ihnen entwickelten Fasern interagieren aktiv mit der Umwelt.
Anders als bei gewöhnlichen Fasern, die meist nur aus einem einzigen Werkstoff bestehen, ordneten die Wissenschaftler verschiedene Materialien in einer komplexen Geometrie an. Dafür erhitzten sie die Stoffe und zogen sie in die gewünschte Form. Das Herzstück ihrer funktionalen Fasern ist ein spezieller Kunststoff, der auch in Mikrofonen verwendet wird. Er besitzt piezoelektrische Eigenschaften, das heißt, er ändert seine Form, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird.
Wegen der enormen Hitze während der Faserproduktion eigneten sich allerdings keine Metallelektroden, um das erforderliche elektrische Feld zu erzeugen. Deshalb griffen die Forscher auf einen graphithaltigen und damit leitfähigen Kunststoff zurück. Mit derart gefertigten Fasern ließen sich sowohl akustische Signale empfangen als auch aussenden, so die Autoren. "Lässt man sie bei hörbaren Frequenzen schwingen und hält sein Ohr nahe genug heran, kann man sogar etwas hören", berichtet ein Teammitglied. Tatsächlich decken die Fasern einen Frequenzbereich vom Kilo- bis Megahertzbereich ab.
Einsatz finden könnten die piezoelektrischen Fasern etwa in Kleidern, die auf diese Weise zu einem Mikrofon werden. Anderseits seien auf ihrer Basis auch Katheter denkbar, die Druck und Blutfluss in sehr kleinen Blutgefäßen selbstständig messen. In Form von metergroßen Netzen ließen sich die Fasern auch als empfindlicher Sensor nutzen, um Druck- und Geschwindigkeitsfelder von Strömungen in Ozeanen zu erfassen.
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Forschung und Wissenschaft 
