Titelfoto: Oliver Dietze
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik

Faszinierende Welten für Mikro-Kosmonauten

Ob Mikrokosmos oder Weltall – die Saarbrücker Materialwissenschaft ist international mit von der Partie. Studierende können hier schon früh an Spitzenforschung von Weltniveau mitarbeiten. Oliver Gross und Dominik Britz geben Einblick, warum Materialwissenschaft und Werkstofftechnik so spannend sind.
Von Claudia Ehrlich • 11.02.2021

Von den Milliarden Menschen, die je auf der Erde gelebt haben, waren bislang weniger als 600 im Weltraum. Die Wahrscheinlichkeit, die 100-Kilometergrenze zum All zu knacken, geht also – optimistisch gesehen – gegen Null. Ähnlich verhält es sich mit Forschungsexperimenten auf der internationalen Raumstation ISS. So betrachtet ist das, was die Materialwissenschaft der Saar-Uni aktuell vorzuweisen hat, wohl so wahrscheinlich, wie sich beim Lottogewinn einen Blitz einzufangen: ESA-Astronaut Matthias Maurer, der hier studiert und geforscht hat, bereitet sich in Houston auf seine Mission im All vor. Und die Teams der Professoren Frank Mücklich und Ralf Busch schicken unabhängig voneinander Forschungsproben zur ISS. Ihr Gebiet ist eine der Zukunftstechnologien schlechthin.

Foto: MECS

Durch eine Hilfskraftstelle haben Studierende die Chance, früh in aktuelle Forschung hineinzuwachsen. Ich kann nur raten: So schnell wie möglich an einem Lehrstuhl oder Forschungsinstitut mitarbeiten.

Dr. Dominik Britz

Wer in der Materialwissenschaft Fuß fassen will, muss aber nicht gleich die Erde verlassen. Gerade Nicht-Raumfahrer finden hier faszinierende Welten. „Unser Fokus liegt im Mikrokosmos“, sagt Materialforscher Frank Mücklich. Wer weiß, wie Materialien in der Mikrowelt aussehen, welche Eigenschaften sie dort haben und wie man diese ändert, der kann Produkten in unserer Welt neue Kräfte verleihen: Oberflächen, auf denen sich Keime nicht vermehren – was Mücklich jetzt auf der ISS testet –, Solarzellen, dünn wie ein Hauch, oder Stahl, der wie angegossen passt. „Stahl ist ein Hochleistungswerkstoff. Für Pipelines muss er extrem belastbar sein, für Brücken zusätzlich biegsam und für Windkraftanlagen leicht“, erklärt Mücklich.

Sein Doktorand Dominik Britz forscht an Stahl. Mit seinen Erkenntnissen kann die Stahlindustrie ihre Stähle genauer maßschneidern, die Zutaten verfeinern und die Qualität genauer prüfen: Britz hat ein Verfahren entwickelt, das den inneren Aufbau der Stahlgefüge im Mikrokosmos sichtbar macht und diesen dann mit künstlicher Intelligenz identifiziert. „Es kann Stähle bis zu 95 Prozent genau klassifizieren, statt der bislang erreichten 75 Prozent“, erklärt Britz. Für seine Doktorarbeit, die die Unigesellschaft des Saarlandes auszeichnete, arbeitete er mit Chemikern, Informatikern und auch der Dillinger Hütte zusammen.

„In meiner Schulzeit habe ich im Chemielabor der Hütte ein Praktikum gemacht, da begann mein Interesse an Stahl“, erzählt er. Das Tolle an Materialwissenschaft und Werkstofftechnik sei, dass hier Chemie, Physik, Mathe und Technik vereint sind. Als sich im ersten Semester sein Talent zeigte, bot Mücklich ihm eine Hilfskraftstelle an. „Das ist bei uns üblich. So hat man die Chance, früh in aktuelle Forschung hineinzuwachsen. Ich kann nur raten: So schnell wie möglich an einem Lehrstuhl oder Forschungsinstitut mitarbeiten“, sagt Britz, der mit 35 Jahren heute zusammen mit Mücklich das Steinbeis Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland leitet.

Foto Oliver Groß: Oliver Dietze

Es ist relativ leicht, hier einen Hiwi-Job zu bekommen. Wir sind ein familiäres Fach, jeder kennt jeden.

Dr. Oliver Gross

Diesen Tipp gibt auch Oliver Gross: „Wer an Forschung und Industrieprojekten mitarbeitet, versteht auch, warum man die Grundlagen braucht, durch die man sich am Anfang des Studiums durchbeißen muss“, sagt der Werkstoffforscher. „Es ist relativ leicht, hier einen Hiwi-Job zu bekommen. Wir sind ein familiäres Fach, jeder kennt jeden.“ Er forschte in seiner Doktorarbeit bei Professor Ralf Busch an Metallen, die zu Glas erstarren. Busch ist einer der Pioniere auf diesem Gebiet. Eine seiner Legierungen schickt er auf die ISS. Anders als der Begriff Glas vermuten lässt, sind metallische Gläser nicht zerbrechlich. Im Gegenteil: Sie sind nahezu unzerstörbar. „Sie sind elastisch und lassen sich wie Kunststoff in jede Form bringen“, sagt Gross.

Dies eröffnet dem Werkstoff eine große Zukunft, überall, wo bei Miniaturisierung belastbare Teile gebraucht werden: in chirurgischen Instrumenten, Getrieben für Luft- und Raumfahrt oder unvergänglichem Schmuck aus Platinglas. „Anders als bei Metallen, in denen Atome in Gittern angeordnet sind, wird hier die heiße Metallschmelze so schnell abgekühlt, dass sie mit ungeordneter Atomstruktur erstarrt“, erklärt er. Aber nicht jede Legierung kann das. Gross erforschte, warum manche ein Glas bilden und andere nicht. Auch seine Doktorarbeit zeichnete die Unigesellschaft aus. Mit einem Spritzgussverfahren, das Gross mit Forschern in Buschs Team entwickelt hat, ist es möglich, kleinere Teile massenhaft maßzuschneidern. Gemeinsam haben sie die Amorphous Metal Solutions GmbH (www.amorphous-metal.de) an der Uni gegründet: Wer weiß, vielleicht knacken ja bald auch die Mini-Bauteile „made in Saarland“ die Grenze zum All.

Astronaut Matthias Maurer hat an der Saar-Uni studiert
Foto Matthias Maurer: ESA / S. Corvaja

Matthias Maurer hat an der Universität des Saarlandes Materialwissenschaft studiert. Seit Februar 2017 gehört er zum Astronautenteam der Europäischen Weltraumorganisation ESA und bereitet sich jetzt auf seine erste Weltraummission vor.

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Zwei Forschungsprojekte von Frank Mücklich auf der Weltraumstation ISS

In einem gemeinsamen Projekt mit der NASA und dem MIT Boston schickt Materialforscher Frank Mücklich mehrere Probenserien zur ISS. In einem weiteren Forschungsprojekt mit der ESA, das Experimente auf drei Weltraumflügen in den kommenden Jahren vorsieht, geht es vor allem um mikrostrukturierte Metalloberflächen.

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Foto Busch: privat

Materialforscher Ralf Busch schickt „metallisches Glas“ zur internationalen Raumstation ISS

Auch das Team um den Professor für Metallische Werkstoffe Ralf Busch hat die Zusage der Euopäischen Raumfahrtagentur ESA erhalten, dass sie an Bord der ISS experimentieren dürfen. Die Spezialisten für „metallisches Glas“ untersuchen eine neu entwickelte Legierung bei Schwerelosigkeit.

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Foto Materialwissenschaft: Oliver Dietze

 

Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Universität des Saarlandes

zählt zu den Top 5 der deutschen Forschungsstandorte auf diesem Gebiet. Nur wenige Universitäten in Deutschland weisen einen solchen Schwerpunkt auf. Auf dem Campus befinden sich außerdem das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP), das Leibniz Institut für neue Materialien (INM) und das Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik (MECS), die alle eng mit der universitären Forschung vernetzt sind.

Studenten können zwischen internationalen Studiengängen wie „Atlantis“, „EEIGM“ und „AMASE“ wählen oder das nationale Bachelor- und Masterprogramm studieren. Auch ein Studiengang Materialchemie ist im Angebot. Mit dem europäischen Graduiertenkolleg DocMASE gibt es ein Angebot zur Doppel-Promotion. Alle internationalen Studiengänge werden von der Europäischen Schule für Materialforschung (EUSMAT) an der Saar-Universität koordiniert. EUSMAT bietet zum Beispiel mit dem Masterprogramm „AMASE“ ein zweisprachiges Studium wahlweise in den Sprachen Englisch, Spanisch, Deutsch und Französisch an, das im Verbund mit Lulea in Schweden, Barcelona und Nancy jeweils einen Doppelabschluss ermöglicht.

https://www.uni-saarland.de/fachrichtung/mwwt/

https://www.eusmat.net/

Quellennachweis
  • Bilder
    Titelfoto: Oliver Dietze

    Foto Matthias Maurer: ESA / S. Corvaja

    Foto Mücklich: Oliver Dietze

    Foto Busch: privat

    Foto Materialwissenschaft: Oliver Dietze

    Foto: MECS

    Foto Oliver Groß: Oliver Dietze