Festkörperchemie

Festkörperchemie ist das Teilgebiet der Chemie, das sich mit der Struktur, den Eigenschaften und der Reaktivität von Feststoffen befassen, insbesondere kristallinen Materialien wie Metallen, Keramiken, Halbleitern und organischen Feststoffen. Vorrangig werden Aufbau, Stabilität, Phasenbeziehungen sowie die Rolle von Defekten, Dotierungen und Größeneffekten untersucht.

Ziele der Festkörperchemie sind das Verständnis der Kristallstrukturen, der Phasen- und Diffusionsprozesse, der Thermodynamik von Festkörpern sowie der elektronischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften. Das Fach verbindet chemische Prinzipien mit Ansätzen der Festkörperphysik und der Materialwissenschaft, um Materialien gezielt zu gestalten.

Zu den zentralen Methoden gehören experimentelle Techniken wie Röntgenbeugung (XRD) zur Strukturaufklärung, Elektronenmikroskopie (TEM/SEM), Neutronenbeugung, sowie Spektroskopie (UV-Vis, IR, Raman) und Festkörper-NMR. Theoretisch spielen Kristallchemie, Defektchemie, Bandtheorie und ab-initio-Berechnungen eine wichtige Rolle.

In der Praxis entstehen Feststoffe durch Festkörperreaktionen, Sinterung und Kristallzüchtung (z. B. Czochralski- oder Flux-Verfahren) oder Dünnschichtabscheidung (CVD, PVD). Dotierung und die Kontrolle von Defekten sind zentrale Werkzeuge, um Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Optik oder Reaktivität zu steuern.

Anwendungen finden sich in Elektronik und Halbleitertechnik, Energiespeicherung und -wandlung, Katalyse auf Festkörperoberflächen, Sensorik sowie in Materialien für Bau, Maschinenbau und Infrastruktur. Die Festkörperchemie ist zudem stark interdisziplinär und arbeitet eng mit der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft und der Chemie der Grenzflächen zusammen.