Mit Hilfe der Mikroskopie und Tomographie entwickeln Materialforscher immer präzisere Analysenmethoden, um ins Innere von Materialien zu blicken. Damit können sie ihre Strukturen besser verstehen, um maßgeschneiderte Werkstoffe für die Industrie, Medizin und den Energiesektor zu entwickeln. Neueste Trends diskutieren Wissenschaftler vom 8. bis 13. September auf der größten europäischen Konferenz für Materialforschung in Sevilla.
Deutsche Exportgüter sind zu etwa 70 Prozent nur deshalb am Weltmarkt erfolgreich, weil sie innovative Werkstoffe nutzen. Das hat eine Studie der Akademie der Technikwissenschaften gezeigt. „Die Materialforschung ist für die europäische Wettbewerbsfähigkeit von enormer Bedeutung“, sagt Frank Mücklich, Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes. Er ist in diesem Jahr der wissenschaftliche Leiter der größten europäischen Konferenz für Materialforschung, der Euromat in Sevilla. Rund 2500 Wissenschaftler aus ganz Europa, den USA, Asien, Lateinamerika und Australien stellen dort aktuelle Forschungsergebnisse vor.
Die Materialforschung deckt heute eine große Bandbreite ab. Die Automobilindustrie etwa verlangt nach stabilen, aber möglichst leichten Materialien für Karosserien und Motoren. Sie ist aber auch an neuen Werkstoffen für die Sensorik und Steuerung vor allem von Premiumfahrzeugen interessiert. „In der Elektromobilität hingegen sind Materialien gefragt, die eine stabile Stromverteilung mit möglichst geringen Verlusten sicherstellen oder Energie speichern können. Die Medizintechnik wiederum benötigt winzige Sensoren, die sich selbst mit Strom versorgen, zum Beispiel durch geringe Temperaturunterschiede“, erläutert Mücklich.
Der Saarbrücker Materialforscher macht mehrere Trends aus, mit denen sich europaweit die Wissenschaftler befassen. „Lange Zeit entwickelte man immer komplexere Materialien mit einem Gemisch aus vielen Rohstoffen. Doch diese werden immer knapper und manche auch sehr teuer, so dass man sich heute auf Lösungen konzentriert, die mit wenig Materialien umzusetzen sind. Durch maßgeschneiderte Mikrostrukturen können diese ganz unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Ein Beispiel dafür sind kohlenstoffbasierte Materialien wie die Nanotubes, die unter mechanischen Gesichtspunkten extrem fest sind, aber auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit bieten“, erläutert Frank Mücklich. Viele Materialforscher orientierten sich auch an Vorbildern aus der Natur, die im Laufe der Evolution wirkungsvolle Systeme geschaffen haben und dabei oft mit wenigen chemischen Elementen auskommen.
Einen weiteren Trend sieht der Wissenschaftler in der Entwicklung von intelligenten und autonomen Systemen, die sich selbst mit Energie versorgen. Sie können zum Beispiel „spüren“, welche Belastung vorliegt und selbst Korrektursignale an das System senden. Diese Systeme werden etwa im so genannten „Smart Home“ für die Energiesteuerung und Überwachung der Häuser eingesetzt. Einen großen Schub hat die Materialforschung in den vergangenen Jahren vor allem durch neue Analysemethoden erhalten. „Wir können heute alle Materialien nicht nur chemisch exakt analysieren, sondern auch die Gitterstruktur der Kristalle veranschaulichen und zeigen, welche Atome an welcher Stelle des Materials enthalten sind. Am Computer können wird diese Nanostrukturen dann zwei- und dreidimensional simulieren und modellieren“, erläutert Professor Mücklich. Mit diesen Erkenntnissen könne man vorhandene Materialien erstmals vollständig verstehen. Dies helfe dabei, die herkömmlichen Werkstoffe zu verbessern und neue zu entwickeln, bei denen man zum Beispiel Eigenschaften miteinander kombiniert, die früher unvereinbar waren.
Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik auf dem Campus der Universität des Saarlandes zählt mit rund 300 Wissenschaftlern zu den fünf bundesweit führenden Standorten auf diesem Gebiet. Die derzeit 13 Professuren an der Universität sind eng vernetzt mit den Forschern am Leibniz-Institut für Neue Materialien und dem Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren. Mehrere Saarbrücker Wissenschaftler werden Anfang September ihre neuesten Forschungsergebnisse auf der größten europäischen Materialforschungstagung in Sevilla präsentieren.
Kontakt
Prof. Dr. Frank Mücklich
Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes
Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS)
Telefon: +49 (0)681/302-70500
E-Mail: muecke(at)matsci.uni-sb.de
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