Materialwissenschaft

Materialwissenschaft ist ein interdisziplinäres Feld, das untersucht, wie Struktur und Zusammensetzung auf der Mikro- und Nanoebene die Eigenschaften und die Leistung von Materialien bestimmen. Es umfasst Metalle, Keramiken, Polymere, Verbundwerkstoffe, Halbleiter und Biomaterialien und deckt sowohl fundamentale Fragestellungen als auch angewandte Ingenieuraspekte ab.

Zentrale Anliegen sind Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, Phasenzusammensetzung, Defekte, sowie die Verknüpfung von Verarbeitung, Struktur und Leistung. Sie verbinden Thermodynamik, Kinetik, Mechanik und, auf Quantenniveau, Methoden der Materialbeschreibung. Zu den Methoden gehören experimentelle Techniken wie Elektronenmikroskopie, Röntgenbeugung, Spektroskopie, mechanische Prüfungen und Thermische Analysen sowie rechnerische Ansätze wie Dichte-Funktional-Theorie, Molekulardynamik, Phasenfeldmodellierung und Finite-Elemente-Analysen. Verarbeitungsverfahren umfassen Legierung, Gießen, Sintern, Polymerverarbeitung, Beschichtung und Additive Fertigung.

Zu den Teilgebieten gehören Metall- und Legierungswissenschaft, Keramiken, Polymere und Faserverbundwerkstoffe, elektronische Materialien, Energiermaterialien (Batterien, Brennstoffe, Photovoltaik), Biomaterialien sowie Materialien für Nachhaltigkeit und Katalyse. Ziel ist es, Materialien mit gezielter Eigenschaft auszulegen, Herstellungsverfahren zu optimieren und Haltbarkeit, Sicherheit sowie Umweltwirkung zu verbessern. Anwendungsfelder reichen von Luft- und Raumfahrt, Automobil, Elektronik, Energie, Gesundheitswesen bis Infrastruktur.

In Hochschulen und Forschungsinstitutionen weltweit wird Materialwissenschaft in Studiengängen wie Materials Science and Engineering, Materials Physics oder Materials Chemistry gelehrt. Die Disziplin entstand aus Metallurgie und Keramik, hat sich durch Mikroskopie, Spektroskopie und Simulationen sowie durch additive Fertigung weiterentwickelt und treibt heute Entwicklungen in Nanomaterialien, Energiematerialien und nachhaltiger Materialtechnik voran.