Die Materialwissenschaft ist ein Forschungsgebiet, das alle uns umgebenden Materialien untersucht und Materialien mit neuen Funktionalitäten entwickelt. Sie spielt eine zentrale Rolle in verschiedenen Branchen – wie beispielsweise der Halbleiter-, Batterie- und Medizintechnik – und treibt innovative technologische Fortschritte voran.
Als ich mit dem Studium begann und die Leute um mich herum kennenlernte, wurde ich ständig nach meinem Studienfach gefragt. Wenn ich eine relativ bekannte Fachrichtung wie Elektrotechnik oder Chemieingenieurwesen nannte, kam meist ein einfaches „Ach so“. Sagte ich jedoch, dass ich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik studiere, erntete ich verwirrte Blicke und Fragen wie „Was genau studieren Sie dort?“ oder „Hat das etwas mit Lebensmittelzutaten zu tun?“. In solchen Situationen fällt es Studierenden oft schwer, die richtigen Worte zu finden, und sie weichen mit Floskeln wie „Das ist ein Forschungsgebiet für Halbleiter“ oder „Das ist ein Institut, das neue Materialien entwickelt“ aus – Begriffe, die der Gesprächspartner wahrscheinlich schon einmal gehört hat. Diese Erfahrung dürfte wohl jeder Student der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik mindestens einmal gemacht haben.
Es ist deshalb so schwierig, die Aufgaben des Fachbereichs Materialwissenschaft und Werkstofftechnik klar zu beschreiben, weil der Begriff „Materialien“ – der Kern unserer Forschung – unglaublich breit gefächert ist. Er umfasst hier alles von Substanzen, die Menschen seit prähistorischen Zeiten nutzen, wie Stein, Holz, Kupfer und Eisen, bis hin zu Materialien des täglichen Gebrauchs, wie Smartphone-Displays und Halbleiter. Selbst Knochen, Zähne und Hautgewebe des menschlichen Körpers fallen unter die Kategorie der Materialien. Anders ausgedrückt: Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ist ein Forschungsgebiet, das alle auf der Erde existierenden Substanzen untersucht.
Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, im Englischen als „Material Science & Engineering“ bezeichnet, ist, wie der Name schon sagt, eine Disziplin, die sowohl wissenschaftliche als auch ingenieurtechnische Aspekte untersucht – ein Alleinstellungsmerkmal, das sie von anderen Ingenieurdisziplinen unterscheidet. Materialien besitzen einzigartige Eigenschaften. Der wissenschaftliche Aspekt der Materialtechnik befasst sich mit der Frage, warum diese Eigenschaften – wie beispielsweise elektromagnetische Eigenschaften (z. B. spezifischer Widerstand und Magnetismus) oder thermische Eigenschaften (z. B. Wärmeausdehnungskoeffizient) – auftreten und ob sie durch Methoden wie Legieren oder Wärmebehandlung verändert werden können. Werden diese erforschten Materialien in realen Situationen angewendet, untersucht der ingenieurtechnische Aspekt die Belastungen und Temperaturen, denen das Material standhalten muss, sowie dessen Bruch- oder Verschleißverhalten. Ein Beispiel: Wird ein bestimmtes Material einer Temperaturänderung ausgesetzt, entsteht eine elektrische Ladung; diese Eigenschaft wird als pyroelektrischer Effekt bezeichnet. Die Erkenntnis, dass diese Eigenschaft auf einer spezifischen Kristallstruktur beruht, ist der wissenschaftliche Aspekt, während die Anwendung dieses Wissens zur Entwicklung von Infrarotsensoren, die selbst die schwächste vom menschlichen Körper abgegebene Infrarotstrahlung erfassen können, den ingenieurtechnischen Aspekt darstellt.
In der heutigen Zeit, in der Industrien zunehmend auf Spitzentechnologien setzen, ist die Verbesserung bestehender und die Entwicklung von Werkstoffen mit neuen Eigenschaften unerlässlich. Insbesondere in der noch jungen Luft- und Raumfahrtindustrie müssen hochfeste Werkstoffe entwickelt werden, die nicht nur der extremen Hitze in der Nähe der Sonne und anderer heißer Planeten, sondern auch kryogenen Temperaturen sowie Kollisionen mit Meteoren und anderen Objekten standhalten. Angesichts des gestiegenen Umweltbewusstseins besteht zudem Bedarf an umweltfreundlichen Werkstoffen, die keine Umweltverschmutzung verursachen und nach der Entsorgung leicht biologisch abbaubar sind. Aus diesen Gründen ist die Werkstofftechnik für die Weiterentwicklung der Branche von zentraler Bedeutung und wird sich daher auch in Zukunft weiterentwickeln.
Die Anwendungsgebiete der Materialwissenschaft sind äußerst vielfältig. Sie spielt eine zentrale Rolle in verschiedenen Branchen, darunter künstliche Organe und Biomaterialien in der Medizin, hocheffiziente Halbleiter und Batterien der nächsten Generation in der Elektronikindustrie sowie Solarzellen und Wasserstoff-Brennstoffzellen im Energiesektor. Insbesondere die Kombination von Materialwissenschaft und Nanotechnologie entwickelt sich zum Zentrum der Zukunftstechnologie. Nanomaterialien besitzen einzigartige physikalische und chemische Eigenschaften, die bei herkömmlichen Materialien nicht vorkommen, und eröffnen damit ein breites Spektrum potenzieller Anwendungen. Diese Fortschritte in der Materialwissenschaft werden unser Leben bereichern und komfortabler gestalten.
Ein weiterer Reiz der Materialwissenschaften liegt in ihrer Kreativität und Innovationskraft. Die Entwicklung völlig neuer Materialien und deren Anwendung zur Herstellung neuer Produkte und Technologien ist gleichermaßen herausfordernd wie faszinierend. Transparente Metalle, selbstheilende Materialien und ultraleichte, hochfeste Werkstoffe waren beispielsweise einst Science-Fiction, sind heute aber Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung. Diese kreativen Herausforderungen zählen zu den Hauptattraktionen der Materialwissenschaften und ziehen viele Studierende in dieses Fachgebiet.
Wie bereits erwähnt, konzentriert sich die Materialwissenschaft auf Materialien als Studiengegenstand und ist daher äußerst vielseitig. Studierende der Materialwissenschaft erwerben ein breites Verständnis anderer Ingenieurdisziplinen und grundlegendes naturwissenschaftliches Wissen. Da sie lernen, Ingenieurwesen als Ganzes zu analysieren, besitzen sie die Qualitäten eines „Allrounders“, die in der heutigen Gesellschaft gefragt sind. Wenn Sie jemanden kennen, der Materialwissenschaft studiert, arbeitet diese Person mit Hochdruck daran, ein solcher „Allrounder“ zu werden, der Ihre Träume – wie Iron Mans Anzug oder Harry Potters Tarnumhang, die Sie bisher nur aus Filmen kennen – wahr werden lassen kann.
Studierende des Fachbereichs Materialwissenschaften und Werkstofftechnik beschränken sich nicht auf die Theorie, sondern erwerben praktische Fähigkeiten durch vielfältige Experimente und Projekte. Sie sammeln praktische Erfahrung im direkten Umgang mit unterschiedlichsten Materialien und Prozessen, die in realen Industrieumgebungen Anwendung finden, und lösen dabei auftretende Probleme. Diese Erfahrung bildet die Grundlage dafür, dass sie nach ihrem Abschluss in verschiedenen Industriezweigen bedeutende Rollen übernehmen können. Darüber hinaus erschließt der Fachbereich Materialwissenschaften und Werkstofftechnik durch interdisziplinäre Zusammenarbeit neue Wege. Beispielsweise werden durch die Integration von Disziplinen wie Chemieingenieurwesen, Physik und Biotechnologie neue Forschungsgebiete erschlossen und innovative Technologien entwickelt.
Daher zählt der Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik zu den Kerndisziplinen der Zukunft, deren Bedeutung stetig wächst. Studierende entwickeln neue Materialien und Technologien, um sich an das sich ständig wandelnde industrielle Umfeld anzupassen und so eine bessere Zukunft zu gestalten. Studierende der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sind aktiv an vorderster Front dieser Herausforderungen und Innovationen beteiligt, und ihre Forschung und ihr Engagement werden unser tägliches Leben maßgeblich verändern.
