Motivation
Materialien verändern die Welt! Nicht umsonst unterteilen wir die Vergangenheit nach den jeweiligen „Leitmaterialien“ – wir sprechen von der Steinzeit, der Bronzezeit, der Eisenzeit – und wir leben heute in einer Zeit, in der Materialien so vielfältig und reichhaltig sind wie nie zuvor. Materialien umgeben uns überall – angefangen bei der Kleidung, die wir tragen, bei dem Fahrrad, auf dem wir fahren, dem Tablet oder dem Mobiltelefon, die uns mit der Welt verbinden. Vieles erscheint uns selbstverständlich oder ist für uns mit dem bloßen Auge unsichtbar. In fast jedem Gegenstand um uns herum stecken auf die spezifische Anwendung zugeschnittene und optimierte Materialien. Dies können Naturprodukte wie Holz, Baumwolle oder Wolle oder auch althergebrachte Materialien wie Stahl oder Gusseisen sein, aber auch speziell gestaltete Verbundmaterialien, Babywindeln oder mit Nanostrukturen beschichtete Oberflächen.
Die richtige Auswahl eines Materials und seine weitere Verbesserung, können entscheidend für den Erfolg von ganzen Technologien sein. Oft müssen ganz neue Materialien erschaffen werden. Können wir die Batterien für die Anwendung Elektromobilität leichter machen und ihre Langlebigkeit sicherstellen? Wie muss man die Schichtstruktur einer Solarzelle wählen, damit ihr Wirkungsgrad steigt? Kann man mit speziellen unsichtbaren und „intelligenten“ Beschichtungen auf Fensterfassaden die Klimatisierungskosten von Gebäuden senken? Wie muss man die Oberfläche eines Implantats gestalten, dass es vom Körper nicht abgestoßen wird? Welche Materialien helfen, „fühlende“ Roboter-Oberflächen zu gestalten? In allen High-Tech-Feldern wie der Medizin, der Mobilität, der Kommunikation und Energieversorgung, der Raumfahrt und mehr kommen speziell entwickelte und optimierte Materialien zum Tragen. Nicht umsonst nimmt die Materialwissenschaft einen sehr hohen Stellenwert in der High-Tech Strategie des Bundes ein.
Die richtige Auswahl eines Materials und seine weitere Verbesserung, können entscheidend für den Erfolg von ganzen Technologien sein. Oft müssen ganz neue Materialien erschaffen werden. Können wir die Batterien für die Anwendung Elektromobilität leichter machen und ihre Langlebigkeit sicherstellen? Wie muss man die Schichtstruktur einer Solarzelle wählen, damit ihr Wirkungsgrad steigt? Kann man mit speziellen unsichtbaren und „intelligenten“ Beschichtungen auf Fensterfassaden die Klimatisierungskosten von Gebäuden senken? Wie muss man die Oberfläche eines Implantats gestalten, dass es vom Körper nicht abgestoßen wird? Welche Materialien helfen, „fühlende“ Roboter-Oberflächen zu gestalten? In allen High-Tech-Feldern wie der Medizin, der Mobilität, der Kommunikation und Energieversorgung, der Raumfahrt und mehr kommen speziell entwickelte und optimierte Materialien zum Tragen. Nicht umsonst nimmt die Materialwissenschaft einen sehr hohen Stellenwert in der High-Tech Strategie des Bundes ein.
Alle Materialien sind letztlich aus den chemischen Elementen als den mikroskopischen Bausteinen unserer materiellen Welt zusammengesetzt. Die Funktion eines Materials oder eines Materialverbunds basiert nicht allein auf der chemischen Zusammensetzung, sondern auch auf der Anordnung der Atome auf der mikroskopischen und höheren Längenskalen sowie dem Wechselspiel der Komponenten. Schon reiner Kohlenstoff kann als schwarzer Graphit, als strahlender Diamant oder als nur eine Atomlage dicke Graphen-Schicht ganz unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Eigenschaften von Materialien ändern sich auf der Nanoskala mit der Größe. Das Wissen um diese Abhängigkeiten erlaubt es neue Materialien nach dem Baukastenprinzip maßgeschneidert für spezielle Anwendungen zu entwickeln.
Jeder Mensch in unserer Konsumgesellschaft verbraucht im Durchschnitt 10 bis 30 Tonnen an materiellen Gütern pro Jahr. Die Weltbevölkerung wächst exponentiell. In einem Mobiltelefon sind mehr als 50 chemische Elemente verbaut, viele nur in kleinen Mengen, aber dennoch zur Gewährleistung der Funktionen unentbehrlich. Ernsthafte Probleme in der Versorgung mit Massenprodukten, wie z. B. Mobiltelefonen, Solarzellen oder auch Batterien, sind nicht utopisch. Bereits jetzt wird deutlich, dass wichtige Elemente nicht problemlos in den benötigten Mengen verfügbar sind – die Erforschung alternativer Materialkonzepte wird immer wichtiger. Um mit solchen Mangelsituationen umgehen zu können, müssen gezielt Substitutionsmaterialien gesucht werden und Materialkreisläufe geschlossen werden. Auch da ist die Materialwissenschaft gefragt und wird eine zentrale Rolle spielen.
Die Zahl der spannenden Fragen in der Materialwissenschaft ist so groß wie die der Materialien selbst. Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftler gestalten die Welt um uns herum – heute und morgen. Neugierde geweckt?
Jeder Mensch in unserer Konsumgesellschaft verbraucht im Durchschnitt 10 bis 30 Tonnen an materiellen Gütern pro Jahr. Die Weltbevölkerung wächst exponentiell. In einem Mobiltelefon sind mehr als 50 chemische Elemente verbaut, viele nur in kleinen Mengen, aber dennoch zur Gewährleistung der Funktionen unentbehrlich. Ernsthafte Probleme in der Versorgung mit Massenprodukten, wie z. B. Mobiltelefonen, Solarzellen oder auch Batterien, sind nicht utopisch. Bereits jetzt wird deutlich, dass wichtige Elemente nicht problemlos in den benötigten Mengen verfügbar sind – die Erforschung alternativer Materialkonzepte wird immer wichtiger. Um mit solchen Mangelsituationen umgehen zu können, müssen gezielt Substitutionsmaterialien gesucht werden und Materialkreisläufe geschlossen werden. Auch da ist die Materialwissenschaft gefragt und wird eine zentrale Rolle spielen.
Die Zahl der spannenden Fragen in der Materialwissenschaft ist so groß wie die der Materialien selbst. Materialwissenschaftlerinnen und Materialwissenschaftler gestalten die Welt um uns herum – heute und morgen. Neugierde geweckt?
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