Materialforschung
Stahl aus dem Rechner

Stahl, der sich wie Gummi um ein Zehnfaches dehnen lässt – für derartige Innovationen kann man etliche Jahre im Labor verbringen. Oder man macht es wie die Düsseldorfer Materialwissenschaftler des Max-Planck-Instituts und spielt vergleichsweise zügig mit ein paar Mausklicks am Computer verschiedene Varianten für den perfekten Stahl durch.

DÜSSELDORF. Der Anblick befremdet ein wenig: Wie Gummi lässt sich das Stahlband um ein Zehnfaches dehnen. Es scheint butterweich – und ist doch so stabil wie klassischer Stahl. Der wundersame Werkstoff soll bald im Automobilbau eingesetzt werden und wurde am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf entwickelt.

Für derartige Innovationen kann man etliche Jahre im Labor verbringen oder mit ein paar Mausklicks am Computer vergleichsweise zügig verschiedene Varianten für den perfekten Stahl durchspielen. So halten es die Düsseldorfer Materialwissenschaftler rund um Jörg Neugebauer, Institutsdirektor und Leiter der Abteilung CMS. Das steht für „Computational Materials Science“. Und das wiederum könnte die Zukunft der Werkstoffwissenschaft sein.

Denn durch die Simulation am Rechner können die Forscher rasch und kostengünstig maßgeschneiderte Materialien entwickeln. Hochleistungsrechner machen es möglich, die gewünschten Eigenschaften der Werkstoffe zunächst auf atomarer Ebene zu beschreiben und sie dann zusammenzubasteln.

„Das ist in der Materialforschung ein völlig neuer Ansatz, gewissermaßen ein Design auf dem Reißbrett“, sagt Neugebauer. In Düsseldorf werden so unter anderem für das Auto der Zukunft angepasste Multiphasenstähle entwickelt, die, je nachdem wo sie verbaut werden, für mehr Unfallsicherheit sorgen sollen.

Auch der Flugzeugbauer Airbus will mit CMS schneller zu maßgeschneiderten High-Tech-Bauteilen kommen und kooperiert mit Wissenschaftlern des „Center for Computational Material Science“ der Uni Bremen (BCCMS). „Durch die Methode kann man die Wechselwirkung von Atomen und Molekülen in technischen und lebenden Materialien besser verstehen, so dass sich die Vorzüge verschiedener Stoffe besser miteinander verbinden lassen“, erklärt Thomas Frauenheim, Leiter des BCCMS.

Etwas Handarbeit ist dafür allerdings auch notwendig: Frauenheim und sein Team ziehen per Maus Molekül für Molekül über den Bildschirm, um eine enzymbesetzte Biokeramik zu entwickeln, die als antibakterieller Wasserfilter dienen soll. Ein Geduldsspiel. Doch auf diese Weise lassen sich komplexe Verbindungen und deren Eigenschaften in nie gekannter Fülle durchspielen.

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