Materialspektrum

Materialspektrum bezeichnet in der Materialwissenschaft die Gesamtheit der Materialien, die in einem bestimmten Kontext berücksichtigt wird, einschließlich ihrer Stoffklassen, Strukturen und relevanten Eigenschaften. Das Spektrum umfasst Metall-, Polymer-, Keramik-, Verbund- und Halbleitermaterialien sowie Gläser und Funktionsmaterialien und erstreckt sich über Parameterbereiche wie mechanische Kennwerte (Festigkeit, Steifigkeit), Dichte, Wärmeleitfähigkeit, elektrische und magnetische Eigenschaften, optische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit sowie Verarbeitungs- und Kostenaspekte. Ziel ist es, die Abdeckung des für eine Aufgabenstellung relevanten Designraums zu beschreiben, Lücken zu identifizieren und Materialauswahl sowie -entwicklung zu unterstützen.

Quantifizierung erfolgt typischerweise durch Datenzusammenführung aus Materialdatenbanken, Fachliteratur und Herstellerkatalogen. Typische Kennzahlen sind die Spannweite einzelner Eigenschaften, Verteilungsmaße der Zusammensetzung, Diversitätsindizes oder die Abdeckung des Eigenschaftsraums mittels Techniken wie Hauptkomponentenanalyse oder konvexe Hülle. Visuelle Repräsentationen in Eigenschafts- oder Zusammenfassungsräumen helfen, Ähnlichkeiten, Komplementaritäten und Oberflächen der Materialräume zu erkennen.

Anwendungsfelder umfassen die systematische Materialsourcing- und -designprozesse in Bereichen wie Energietechnik, Katalyse, Leichtbau, Elektronik, Photonik und Bauteile mit spezifischen Funktionsanforderungen. Herausforderungen sind Datenqualität, Uneinheitlichkeit von Messgrößen, unvollständige Datensätze und Bias zugunsten gut dokumentierter Materialien. Das Materialspektrum ist somit ein Konzept zur Strukturierung von Wissen und zur Unterstützung von datengetriebener Materialentdeckung.