Werkstofftechnologien: Materialien mit Zukunft

Effizientere Solarzellen, sparsamere Fahrzeugantriebe, verträglichere Implantate: Moderne Werkstoffe und Materialien sind unverzichtbar für hochwertige und neuartige Produkte und Anwendungen in allen Lebens- und Technikbereichen. Genauso vielfältig wie die Innovationen, die auf Werkstofftechnologien basieren, sind auch die Fachgebiete, die ihre Entwicklung prägen: Physik, Chemie, Biologie und Ingenieurwissenschaften liefern entscheidende Impulse für die Entwicklung und Verbesserung modernder Werkstoffe und ihrer Anwendungen.

Werkstoffe sind in den meisten Fällen die Basis oder der Ausgangspunkt für neue Entwicklungen. Ingenieure in Hightech-Branchen vertrauen deshalb für die Entwicklung neuer innovativer Produkte darauf, dass ihnen aus den Laboren der Wissenschaftler immer leistungsfähigere Materialien und Verarbeitungsmethoden bereitgestellt werden. Während in der Vergangenheit noch große Fortschritte im Makrobereich gemacht wurden, sind es heute immer öfter Strukturen im Nanometer-Bereich, die neue Eigenschaften und Chancen versprechen.

Unendliche Anwendungsmöglichkeiten

Materialwissenschaftler entwickeln bekannte Materialien weiter, machen sie für neue Anwendungen fit oder finden gänzlich neue Materialkombinationen, die einen bestimmten Zweck besser erfüllen oder sogar erst ermöglichen. Werkstoffentwicklungen beeinflussen maßgeblich wichtige Branchen wie den Fahrzeugbau, die Informations- und Kommunikationstechnik, die Kunststoffherstellung, die chemische Industrie, den Maschinenbau oder die Metallerzeugung und -verarbeitung.

Durch innovativere Werkstoffe können Automobile leichter und kraftstoffsparender gebaut werden, Häuser werden langlebiger und ressourcenschonender, neue Therapieansätze in der Medizin werden entwickelt oder der Strom aus Wind- oder Solarenergie kann besser gespeichert werden. Einzig die menschliche Fantasie begrenzt das Spektrum der Anwendungen neuer Materialien. Für den Wirtschaftsstandort Deutschland stellt die Erforschung und Entwicklung moderner Hochleistungswerkstoffe deshalb einen Faktor mit besonders großem Potenzial dar.

Potenzial für die Zukunft

Zwar entstanden werkstoffbasierte Produktinnovationen in der Vergangenheit häufig in eigenständigen, kleinen Forschungslabors, häufig ist das heute jedoch nicht mehr möglich. Der Grund ist das komplexe Zusammenspiel unterschiedlicher Disziplinen, die inzwischen beteiligt sind: Oft arbeiten Physiker, Chemiker, spezialisierte Werkstoffexperten und Fertigungsingenieure aus Wissenschaft und forschenden Unternehmen eng zusammen. Auf diese Weise gelingt es auch, von Anfang an besonders zielgerichtet und anwendungsbezogen zu forschen.

Die Erforschung innovativer Materialien wandelt sich und wird digitaler: Denn wo der Entwicklungsprozess früher noch von jahrelanger, experimenteller Arbeit im Labor geprägt war, übernehmen heute leistungsstarke Computer mit aufwändigen Simulationen die Untersuchung potenzieller Materialeigenschaften bereits vorab. Hierfür werden nicht nur bereits bekannte Werkstoffe mit kombinierten Simulationsverfahren getestet, sondern auch ausgehend von atomaren und molekularen Strukturen am Computer entworfen. Wissenschaftler erhalten dadurch wichtige Hinweise für den Herstellungsprozess und Ingenieure können Entwicklungszeiträume verkürzen sowie insgesamt Kosten einsparen.