Materie

Materialien modellieren

Moderne Wissenschaft gleicht dem Impressionismus, meint der Materialphysiker Pierre-Giles de Gennes. Sie hat wenig zu tun mit klassischer Wissenschaft, die auf alle Einzelheiten achtet. Neue wissenschaftliche Theorien sind weit entfernt von der Geradlinigkeit der Lehrbücher und oft durch Irrtum und Zweifel geprägt. Computergestützte Gedankenexperimente liefern Einblicke in die Dynamik auf atomistischer, mikroskopischer und makroskopischer Skala und schonen dabei erst noch Ressourcen. Mit Modellen können Zusammenhänge erklärt und Methoden zur Beschreibung und Vorhersage von Materialeigenschaften getestet und verfeinert werden. Die Entwicklung generischer, komplexer Modelle zum Verständnis und zur Verbesserung von Materialien ist eine Herausforderung, der wir uns gerne stellen.

Materialien schaffen

Voraussetzung für die Schaffung neuer Materialien ist ein tiefgreifendes Verständnis der Entstehung und der inneren Struktur bestehender Materialien. In den letzten Jahren hat dieses Verständnis dank verbesserter Untersuchungsmethoden mit Hilfe modernster Apparaturen rasant zugenommen. Hochauflösende Mikroskope machen einzelne Atome sichtbar, neue Strahlungsquellen ermöglichen präzise Aussagen über die Bindungen zwischen Atomen, dank einer gesteigerten zeitlichen Auflösung lassen sich dynamische Abläufe mit höchster Genauigkeit verfolgen. Wissenschaftler können heute Materialien mit spezifischen Eigenschaften Atom für Atom aufbauen. Mit unseren Apparaturen leisten wir einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis und zur Entwicklung neuer Materialien.

Materialien anwenden

Die Transportindustrie hat das Ziel, bei gleichbleibender Passagiersicherheit möglichst viel Energie und Treibstoff zu sparen. Geringes Gewicht muss also mit hoher Festigkeit einhergehen und die verwendeten Bauteile sollen billig herstellbar und rezyklierbar sein. Die Natur ist das unerreichte Vorbild für den Leichtbau. Federkiele und Knochen, aber auch Korallen, Grashalme oder Baumwurzeln sind porös. Ihr Geheimnis sind stark vernetzte Hohlraumstrukturen, die extrem leicht und dennoch äusserst stabil sind. Metallschäume vereinen die Vorteile der stossfesten, harten und hitzebeständigen Metalle mit denjenigen der leichten, dämmenden Schwämme in sich. Bei der Entwicklung und Verbesserung von Materialien haben wir immer auch die praktische Anwendung vor Augen.

Materialien rezyklieren

Auf den Weltmeeren treibt ein riesiger Teppich aus Plastikabfällen in der Grösse von Mitteleuropa. Dieser Plastikmüll gefährdet Meerestiere und gelangt auch in die Nahrungskette des Menschen. Gegenstände aus Glas, Metall und auch Kunststoff können nach Gebrauch eingesammelt und zu neuen Ausgangsmaterialien verarbeitet werden. Aus diesen Rohmaterialien werden wieder Produkte hergestellt, und der Kreislauf der Wiederverwertung kann von vorne beginnen. Seit einigen Jahren werden auch beträchtliche Anstrengungen zur Entwicklung von Materialien unternommen, die sich in der Natur von alleine wieder in Erde umwandeln. Der Erforschung und Erzeugung nachhaltiger, nachwachsender, abbaubarer Materialien messen wir eine wichtige Bedeutung zu.