Uwe Bellhäuser
Materialwissenschaft

Neue Werkstoffe für Smartphones, Flugzeuge und die Raumfahrt

Der Materialwissenschaftler Frank Mücklich lehrt und forscht an der Universität des Saarlandes. Er leitet auch das Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS) auf dem Campus. Frank Mücklich hat schon mehrere renommierte Forschungspreise erhalten und verschiedene internationale Tagungen geleitet, zuletzt die größte europäische Konferenz für Materialforschung, die Euromat in Sevilla. Im Interview erzählt er, was ihn an der Materialwissenschaft besonders fasziniert.
Von Friederike Meyer zu Tittingdorf • 05.02.2016

campus: An der Saar-Uni kann man Materialwissenschaft und Werkstofftechnik studieren. Warum kombiniert man beides?

Professor Frank Mücklich: In der Materialwissenschaft versuchen wir, die verschiedenen Materialien in ihrem inneren Aufbau und den grundlegenden Funktionsprinzipien zu verstehen. Dabei geht es auch um Materialien aus der Natur, wie etwa die Meeresmuschel, die sehr fest und zäh ist. Will man ihre Strukturen analysieren, muss man bis in die Nanodimensionen hineingehen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse bieten Inspiration für neue Materialien und Produktionsverfahren. So benötigt die Muschel zum Beispiel keinen Brennofen und keine hohen Temperaturen, um eine keramische Schale zu erzeugen. In der Werkstofftechnik entwerfen wir Materialien für die technische Nutzung. Dafür kombinieren wir für die verschiedenen Anwendungen möglichst maßgeschneiderte Eigenschaften. Das Display eines Smartphones etwa sollte hell strahlen, aber wenig Energie verbrauchen und dennoch bei Berührung präzise reagieren.

Geht es bei Ihrer Forschung immer um neue Materialien?

Nicht ausschließlich, denn neue Materialien sind kein Selbstzweck. Es geht oft um strategische Ziele, etwa den Energieverbrauch, den man bei der Herstellung eines Produktes und seiner späteren Nutzung reduzieren möchte. In der Automobilindustrie dreht sich heute mit Blick auf die Energiekosten alles um den Leichtbau. Dafür werden leichte Werkstoffe wie Aluminium eingesetzt, aber auch neue, extrem feste Stähle, die viel dünnere Strukturen ermöglichen. In der Elektromobilität hingegen muss viel Strom im Auto transportiert werden. Kupfer leitet diesen besser als Aluminium, ist aber schwerer, hier muss man bei der Gewichtsersparnis abwägen. Insgesamt steigt die Werkstoffvielfalt dadurch enorm an. Wir erforschen Kupferwerkstoffe auch in einem anderen Zusammenhang. Schon die alten Römer wussten, dass man mit Kupferkesseln Wasser keimfrei halten kann. Heute haben wir in Krankenhäusern mit multiresistenten Keimen zu tun, mit denen sich die Patienten infizieren. Europaweit sterben daran jährlich 30.000 Menschen. Hier wollen wir mit Kupfer-Werkstoffen ansetzen.

Wie kann Kupfer gegen Krankenhauskeime helfen?

Wir erforschen derzeit neue Materialien auf Kupferbasis, die eine keimtötende Wirkung aufweisen. Gemeinsam mit Biowissenschaftlern wollen wir zunächst verstehen, wie genau der keimtötende Mechanismus funktioniert. Ziel ist es, einen aktiv keimtötenden, aber für Menschen unbedenklichen Kupferwerkstoff zu entwickeln. Dieser soll für Oberflächen verwendet werden, die von vielen verschiedenen Menschen angefasst werden, etwa Lichtschalter und Türklinken im Krankenhaus, um damit die Infektionsschleifen zu durchbrechen. Wir setzen dafür eine spezielle Lasertechnik ein, mit der wir die Oberflächen der Materialien in Mikro- und Nanodimensionen strukturieren. In Experimenten konnten wir bereits zeigen, dass die Keime darauf sehr unterschiedlich reagieren, wir sind also auf der richtigen Fährte.

Ist das nur für medizinische Anwendungen interessant?

Wenn wir damit Krankenhauskeime eindämmen und vielleicht auch medizinische Implantate vor Erregern schützen könnten, wäre schon viel gewonnen. Wir arbeiten inzwischen auch mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammen, die auf unsere Publikationen aufmerksam wurden. Sie haben das Problem, dass die Astronauten Bakterien auf der Weltraumstation hinterlassen. Dort oben kann man aber nicht einfach „durchlüften“ und auch nur bedingt desinfizieren. Die Weltraumforscher sind daher besonders an keimtötenden Materialien interessiert.

Welche Kenntnisse benötigt man, um diese Materialien zu entwickeln?

Das Faszinierende an der Materialforschung ist, dass sie verschiedene Fachgebiete miteinander verknüpft. Man benötigt Kenntnisse aus der Mathematik und den Naturwissenschaften, also der Physik, Chemie und Biologie, aber man sollte sich auch für die Anwendung in den Ingenieurwissenschaften interessieren und kann dadurch Beiträge zu den unterschiedlichsten Industriezweigen leisten. Den Abiturienten sagen wir gerne, dass sie richtig bei uns sind, wenn ihnen die Chemie zu chemisch und die Physik zu physikalisch ist. In der Materialwissenschaft können sie diese Gebiete miteinander verknüpfen und eine der Schlüsseltechnologien vorantreiben.

Warum ist die Materialwissenschaft eine Schlüsseltechnologie?

Es gab eine Umfrage der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften bei allen großen deutschen Unternehmen, die technische Produkte herstellen. Auf die Frage, was ihren wirtschaftlichen Erfolg im internationalen Wettbewerb ausmacht, haben diese geantwortet, dass sie dies zu etwa 70 Prozent auf den Einsatz besonders innovativer Werkstoffe zurückführen. Offiziell gilt neben der Informatik und den Biowissenschaften die Materialforschung als die dritte Schlüsseltechnologie der modernen Gesellschaft. Alle drei zählen übrigens auch zu den Forschungsschwerpunkten der Saar-Uni.

Das Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS)
https://www.youtube.com/watch?v=ND8K4nF-9ys
Steve Welter

Der wirtschaftliche Erfolg von deutschen Unternehmen im internationalen Wettbewerb ist nach einer acatech-Umfrage zu etwa 70 Prozent auf den Einsatz besonders innovativer Werkstoffe zurückzuführen.

Materialforscher Frank Mücklich
Quellenverzeichnis
Professor Frank Mücklich
Oliver Dietze

Frank Mücklich ist Professor für Funktionswerkstoffe der Universität des Saarlandes und Leiter des Steinbeis-Forschungszentrums für Werkstofftechnik (MECS). Der Materialwissenschaftler, der schon vielfach mit Forschungspreisen ausgezeichnet wurde, leitet auch die Europäische Schule für Materialforschung (EUSMAT).

Wikipedia-Artikel über Professor Frank Mücklich

 

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