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Professoren / Mitarbeiter

Überblick Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaften beschäftigen sich mit der Herstellung, Charakterisierung und Prüfung von solchen festen Stoffen, die in technischer, wissenschaftlicher oder privater Umgebung eingesetzt werden oder eingeführt werden sollen; nicht berücksichtigt werden Lebensmittel, Baumaterialien und biochemische Produkte, da sie Gegenstand eigener Fachrichtungen sind.

Die Materialwissenschaften werden national und international als Schlüsselkompetenzen angesehen:
Entwicklung und Anwendung neuer und "klassischer" Materialien nehmen sowohl in der mittelständischen wie auch in der Großindustrie einen erheblichen Stellenwert ein; vor allem im High-Tech-Bereich steckt zudem ein beträchtliches Wachstums-potential.
In den letzten zwei Jahrzehnten sind eine Reihe von technischen Entwicklungen nur durch Schlüsselbeiträge der Materialwissenschaften möglich gewesen. Eine (unvollständige) Liste solcher Entwicklungen umfaßt
Akkumulatoren
    Bennstoffzellen
        Photovoltaik
            Dünnschicht-Kondensatoren
                Magnetische Datenspeicherung
                    Optische Datenspeicherung
                        Festkörper-Laser
                            Katalysatoren
                                Hochleistungskeramiken
                                    Hochtemperatur-Supraleiter
                                        Elektrolumineszenz-Displays
                                            Kompakte Fluoreszenzlampen
                                                ("Energiesparleuchten").
Der erheblichen Bandbreite des Begriffes liegt eine verhältnismäßig überschaubare Anzahl von elementaren festkörperchemischen und -physikalischen Erkenntnissen zugrunde, die in der Studienrichtung Angewandte Materialwissenschaft angesprochen werden, mit dem Ziel, den Studierenden einen Überblick über die chemische Materialtechnologie zu vermitteln.
Letztlich sollen die Studierenden der Studienrichtung befähigt werden, mit bekannten Materialien umzugehen und neue Entwicklungen selbstständig aufzugreifen.
Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen neben den fundierten theoretischen Kenntnissen umfangreiche analytische und präparative Fertigkeiten erworben werden.

Einen Schwerpunkt setzt die Fachhochschule Münster im Verständnis von
Funktionsmaterialien, also von solchen Materialien, die eine
        mechanische,
                chemische,
                        elektronische
                                oder optische
Funktion in einzigartiger Weise erfüllen.
Beispielhaft für solche Substanzen seien die modernen Hochtemperatursupraleiter, Leuchtstoffe (z.B für Energiesparlampen und Lasermaterialien), Flüssigkristalle (Bildschirme, Displays), Halbleiter (Dioden, Transistoren, Mikro-Chips, ...) und dielektrische Keramiken (Isolatoren, Kondensatoren, ...) oder auch optische Gläser (Glasfasern, UV- und Farbfilter, ...) herausgegriffen.
Einige hiervon sind - unter weiteren - auch gleichzeitig Gegenstand aktueller Forschungsprojekte der Fachhochschule, an die die Studierenden frühzeitig herangeführt werden.

Gegenwärtig wird international mit großem Aufwand daran gearbeitet, die genannten Funktionen durch "Materialdesign" maßzuschneidern, zu optimieren oder auch erst zu ermöglichen. Für den Ingenieur kommen dabei zusätzlich sowohl "klassische" Aspekte der Formgebung, wie Sintern, Schmelzen oder Kristallzucht zum Tragen, als auch solche "modernerer" Natur wie Mikro- und Nanostrukturierung, Verbundmaterialien, Supramolekulare Chemie. Materialwissenschaftliche Anwendungen sind oft auch "versteckt" zu finden; beispielsweise in Form von festen Zusätzen zu Schmiermitteln oder als Antireflexions- oder Antistatikbeschichtungen auf Bildschirmen.

Die zweite Säule der Materialwissenschaften sind die Konstruktionsmaterialien, enthalten sind darin Grundlagenkenntnisse der Werkstofftechnik (Anwendungen von Kunststoffen, Keramiken, Gläsern, Metallen), die in der Studienrichtung gleichermaßen theoretisch wie praktisch erarbeitet werden.

Der Abschluss "Diplom-Ingenieur (FH) mit Schwerpunkt Angewandte Materialwissenschaft" signalisiert somit, daß es sich um einen Absolventen handelt, der mit breit angelegten Kenntnissen im Bereich der Herstellung und Charakterisierung von Materialien ausgestattet ist, wie sie in der Forschung und Entwicklung über die technische Umsetzung bis hin zur Qualitätssicherung benötigt werden.
 

Studieninhalte

Materialwissenschaftliches Arbeiten erfordert eine breite Palette von Methoden zur Charakterisierung von Festkörpern, zu denen sich noch die Untersuchung der jeweiligen speziellen Funktion gesellt.
Die präparativen Aspekte umfassen das Feld zwischen der klassischen Festkörperchemie und modernen chemisch-physikalischen Methoden wie Sol-Gel-Technik, Hydrothermalsynthese, Chemical Vapour Deposition (CVD, chemische Gasphasenabscheidung), Sputtern, Plasma-Chemie, Wirt-Gast-Chemie, um nur einige zu nennen.

Die Materialwissenschaften sind somit ein typisch interdisziplinäres Arbeitsfeld, angesiedelt zwischen Chemie, Physik, Elektrotechnik, Maschinenbau und weiteren Disziplinen; die Chemie stellt in dieser Schnittmenge von Einzeldisziplinen eine besonders geeignete Ausgangsbasis dar, insbesondere im Bereich der Funktionsmaterialien.
Die Studienrichtung "Angewandte Materialwissenschafte" soll daher, aufbauend auf den Kenntnissen, wie sie während des Grundstudiums des Chemieingenieurwesens" erworben werden, den Umgang mit einem aktuellen interdisziplinären Feld ermöglichen. Neben der Vermittlung von Wissen und Techniken der modernen Materialwissenschaften ist in der Ausbildung das Erkennen und Nutzen von Querverbindungen zwischen den zugrundeliegenden Gebieten von besonderer Bedeutung. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, werden auch Lehrveranstaltungen aus dem Fachbereich Physikalische Technik "importiert".
 

Materialrelevante Vorlesungen:

Chemische Materialtechnologie
Materialcharakterisierung
Funktionsmaterialien und Technische Werkstoffe
Makromolekulare Chemie (Prof. Dr. R. Lorenz)

Inhaltsübersicht:

Chemische Materialtechnologie
                    Aufbau der festen Materie - Halbleiter, Isolatoren, Metalle,
                    Gläser, amorpher Zustand - Defektchemie - Transport-
                    phänomene - Optik - Magnetismus - Elektrizität - Festkör-
                    perchemie - Keramik - Kristallchemie - Pulvertechnologie -
                    Sol/Gel-Verfahren - Hydrothermalverfahren -Gasphasen-
                    methoden: CVD, MOCVD, MBE, Sputtering - Lithographie -
                    Mikro- und Nanostrukturierung - Kolloidchemie
 
Funktionsmaterialien und technische Werkstoffe
               Strukturelle Keramik - Gläser, Glaskeramik - Elektronische
                    Keramik - Halbleiter - Lasermaterialien - Pigmente und
                    Leuchtstoffe - Metallkunde - Verbundwerkstoffe - Kataly-
                    satoren - Supraleiter - Mikrosysteme - Speichermedien -
                    Flüssigkristalle - Polymere - Kristalle und Kristallzüchtung
 
Materialcharakterisierung
              Rasterelektronenmikroskopie - Transmissionselektronenmi-
                    kroskopie - Röntgenfluoreszenzanalyse - Röntgenbeugung -
                    DTA und DTG - Kolorimetrie - Optische Spektroskopie und
                    Schwingungsspektroskopie - EXAFS  - XPS/ESCA -  Raster-
                    tunnelmikroskopie - Kraftfeldmikroskopie - mechanische Ei-
                    genschaften - elektrische Eigenschaften - chemische Eigen-
                    schaften

Anschrift:
Fachhochschule Münster / Abt. Steinfurt
Fachbereich Chemieingenieurwesen
Stegerwaldstraße 39
48565 Steinfurt

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