Aktuelle Werkstoffe: Neue Materialien für innovative Produkte (German Edition)

Dieses Buch führt Sie in die aktuellen Werkstoffentwicklungen der Schlüsseltechnologien ein. Daneben sensibilisieren die Autoren für Energieeffizienz, Erhaltung der Umwelt und Ressourcen sowie Sicherung der Lebensqualität. Erhalten Sie einen Überblick über aktuelle Trends der Werkstoffentwicklung und konkrete Anwendungsmöglichkeiten. Ausgewählte Themenkreise und Beispiele erläutern die Bedeutung der Werkstoffforschung für den technischen Fortschritt. Der Fokus auf die naturwissenschaftlichen Grundlagen hilft Ihnen dabei, die Entwicklung und die Eigenschaften neuer Werkstoffe zu verstehen. Außerdem geben Ihnen die Verfasser Impulse zur Erschließung neuer Anwendungsgebiete der Werkstoffentwicklung. Neue Materialien für innovative Produkte zu finden, ist eines der wichtigsten Themen in der Werkstoffentwicklung, da die Potenziale klassischer Werkstoffgruppen ausgeschöpft sind. Deswegen erläutern die Autoren zunächst die Eigenschaften aktueller Werkstoffe, ehe sie zeigen, wie man diese Eigenschaften durch neue Fertigungsverfahren, die Nanotechnik oder Veränderungen der Morphologie beeinflusst und verändert. Entdecken Sie, wie Sie auch durch Eingriffe in die chemischen und physikalischen Vorgänge in Werkstoffe neue Eigenschaften herausbilden. Das Buch verknüpft gekonnt die Theorie und Praxis der Werkstoffentwicklung. Erfahren Sie alles über Energiewandlung, Fertigungstechniken und aktuelle Entwicklungen in der Transport- und Verkehrstechnik. Eine Leseempfehlung für Ingenieure, deren Fokus im Fertigungsbereich liegt und technikinteressierte Laien, die mehr über aktuelle Werkstoffe erfahren möchten. Vorwort 5 Inhaltsverzeichnis 6 Abkürzungen 8 1: Einleitung 10 Literatur 13 2: Anwendungsgebiete neuer Werkstoffe 14 2.1 Energietechnik/Elektrotechnik 16 2.1.1 Energiewandlung 16 2.1.1.1 Solarenergienutzung 19 2.1.1.2 Energie aus Windkraft 24 2.1.1.3 Wandlung chemischer Energie in Strom 25 2.1.2 Energiespeicherung 27 2.1.2.1 mechanische Energie 27 2.1.2.2 chemische Energie 28 2.1.2.3 Wärmeenergie 31 2.1.2.4 elektrische Energie 32 2.1.3 Energieverteilung – Netz 32 2.1.4 Elektromobilität 34 2.1.4.1 Elektrische Antriebe 34 2.1.4.2 Steuerelektronik für Elektroautos 36 2.1.5 Kernaussagen 36 2.2 Sensoren und Aktoren 38 2.2.1 Sensoren 38 2.2.2 Aktoren 39 2.2.3 Kernaussagen 50 2.3 Informationstechnik 50 2.3.1 Werkstoffe für Speicher 52 2.3.2 Werkstoffe für Anzeigen 53 2.3.2.1 Flüssigkristallanzeigen (LCD) 55 2.3.2.2 Plasmabildschirm (PDP) 56 2.3.2.3 Feldemisionsbildschirm (FED) 58 2.3.2.4 OLED-Bildschirme 60 2.3.3 Molekularelektronik 63 2.3.4 Lichtwellenleiter 65 2.3.5 Kernaussagen 68 2.4 Fertigungstechnik 68 2.4.1 Werkstoffe zum Trennen 69 2.4.2 Neue Werkstoffe in der Beschichtungs- und Oberflächentechnik 73 2.4.3 Werkstoffe und Verfahren in der Fügetechnik 74 2.4.4 Werkstoffe für die additive Fertigung 76 2.4.5 Kernaussagen 77 2.5 Transport- und Verkehrstechnik 77 2.5.1 Automobilbau 78 2.5.1.1 Leichtmetalllegierungen 78 2.5.1.2 Stähle 79 2.5.1.3 Metallschäume 80 2.5.1.4 Faserverstärkte Kunststoffe 81 2.5.1.5 Keramische Werkstoffe 84 2.5.1.6 Smart Materials 85 2.5.2 Luft- und Raumfahrt 87 2.5.2.1 Flugzeugstruktur (Zelle) 87 2.5.2.2 Triebwerk 89 2.5.2.3 Fahrwerk 90 2.5.2.4 Flugzeugkabine 93 2.5.3 Schienenfahrzeuge 94 2.5.3.1 Wagen 96 2.5.3.2 Antrieb 96 2.5.3.3 Radsatz 97 2.5.4 Schiffbau 98 2.5.5 Kernaussagen 101 2.6 Architektur und Bau 101 2.6.1 Anwendungsfälle 102 2.6.1.1 Neuartige Betone 102 2.6.1.2 Glas als Baustoff 103 2.6.1.3 Glas als Konstruktionswerkstoff 106 2.6.2 Nachwachsende Baustoffe 106 2.6.3 Baustoffrecycling 108 2.6.4 Kernaussagen 111 2.7 Neue Werkstoffe in der Medizin 111 2.7.1 Medizinprodukte 112 2.7.2 Fallbeispiele 113 2.7.2.1 Metalle und Metalllegierungen 113 2.7.2.2 Nichtmetallische anorganische Werkstoffe 116 2.7.2.3 Nichtmetallische organische Werkstoffe 117 2.7.2.4 Biomolekulare Werkstoffe 118 2.7.3 Kernaussagen 119 2.8 Zusammenfassung 121 Literatur 122 3: Neue Rohstoffquellen 128 3.1 Biomasse 129 3.2 Recycling 130 3.2.1 Stoffliches Recycling 130 3.2.2 Energetisches Recycling 134 3.3 Zusammenfassung 134 Literatur 136 4: Ausblick 137 Literatur 140 Glossar 142 (1) Werkstoffe für Solarzellen 142 (2) Funktionsweise einer Si-Solarzelle 142 (3) Maximales Energieprodukt 144 (4) Supraleitung 144 (5) Seebeck-Effekt 145 (6) Lambda-Sonde (λ-Sonde [6, 7]) 145 (7) Magneto- und Elektrostriktion 147 (8) Piezoelektrischer Effekt 147 (9) Shape Memory Effekt 148 (10) Flüssigkristall 148 (11) Feldeffekttransistor (FET) 150 (12) konjugiertes Doppelbindungssystem 150 (13) Verfestigungsmechanismen von Klebern 150 (14) Verarbeitungseigenschaften von Kunststoffen 151 (15) Aushärten 152 (16) Prismane 152 (17) Hochleistungskunststoffe 152 (18) Intermetallische Phasen 153 (19) Glas als Baustoff 154 (20) Umesterung 154 Literatur 155 Stichwortverzeichnis 156 Front Matter ....Pages I-X Einleitung (Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler)....Pages 1-4 Anwendungsgebiete neuer Werkstoffe (Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler)....Pages 5-118 Neue Rohstoffquellen (Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler)....Pages 119-127 Ausblick (Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler)....Pages 129-132 Back Matter ....Pages 133-152 Deswegen erlautern die Autoren zunachst die Eigenschaften aktueller Werkstoffe, ehe sie zeigen, wie man diese Eigenschaften durch neue Fertigungsverfahren, die Nanotechnik oder Veranderungen der Morphologie beeinflusst und verandert.