Materialwissenschaft

Materialwissenschaft an der Universität Stuttgart hat einen stark naturwissenschaftlichen Fokus. Wir lernen und arbeiten interdisziplinär mit wesentlichen Beiträgen aus der Physik, Chemie, Simulation und Mathematik. Das Ingenieurswesen liefert ebenfalls einen sehr wichtigen Beitrag, indem es uns über relevante Materialanforderungen die Zielrichtung für unsere Forschung vorgibt.

Sehr häufig dienen Konzepte aus der Natur für die Synthetisierung neuer Materialien: 1000-mal dünner als ein Haar sind piezoaktive Nanodrähte z.B. zinkoxid Nanodraht (~60 nm), der ein Virus als Gerüst hat (links). Durch die gentechnische Modifikation des Virus (rechts), wird die Piezoaktivität induziert (Maßstab 200 nm).

Die Weiter- und Neuentwicklung von Batterien ist die Grundvoraussetzung der Energiewende. Die Verbesserung der Kapazität, Lade- und Entladegeschwindigkeit sowie niedrigere Kosten bei der Herstellung sind die wichtigsten Zielsetzungen. Entscheidend dabei ist die Weiterentwicklung der Anoden- und Kathodenmaterialien sowie der Elektrolyte. In konventionellen Batterien besteht üblicherweise die Anode aus einer Cu-Trägerschicht (als Träger- und Leitschicht) und einer Graphitschicht an der Oberfläche (Interkalationsschicht für die Ladungsionen). Mit einer geeigneten Keramik (wie im Bild dargestellt) können beide Funktionen von einer Schicht übernommen werden. Dadurch wird eine höhere Speicherkapazität der Batterie erreicht.

Defekte in Kristallen haben großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Materialien. Sogenannte Versetzungen (ein- und teilweise zweidimensionale Defekte) sorgen dafür, dass sich z.B. Metalle plastisch verformen lassen. Ein Verständnis der Bewegung und Wechselwirkung der Versetzungen ist für die Materialwissenschaft enorm wichtig. Das Bild zeigt die Simulation einer Superversetzung in einem Ni₃Al Kristall. Diese Kristalle sind wesentlich für die Hochtemperaturfestigkeit von Ni-basierten Superlegierungen, welche in Flugzeugturbinen zum Einsatz kommen (vergleichen Sie mit dem ersten Bild im Slider).

Die Max-Planck-Gesellschaft ist Deutschlands erfolgreichste Forschungsorganisation und auf Augenhöhe mit den weltweit besten und angesehen­sten Forschungsinstitutionen. Die Universität Stuttgart hat gleich zwei Max Planck Institute in unmittelbarer Nähe und steht in enger Kooperation mit der International Max Planck Research School for Condensed Matter Science (IMPRS-CMS). Wir bieten Nachwuchswissenschaftlerinnen und –wissenschaftlern aus aller Welt exzellente Forschungsmöglichkeiten und eine umfangreiche Unterstützung durch Stipendien für das Masterstudium in Physik, Chemie, und Materialwissenschaften und ein strukturiertes Doktoranden-Programm.