Gefragte Erfinder neuer Materialien

Computerbildschirme mit Kuchendiagramm, Tastatur und ein eine Hand, die eine PC-Maus führt
Absolventen des Fachs Materialwissenschaften sind breit aufgestellte Experten, die in vielen unterschiedlichen Branchen gefragt sind.
Foto: Angelika Klein

Materialwissenschaft - Hintergrund

Gefragte Erfinder neuer Materialien

Sie erforschen die Eigenschaften und Strukturen von Materialien wie Glas, Metall, Kunststoff oder Keramik und entwickeln neue Werkstoffe. Ihr interdisziplinäres Wissen aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften macht Materialwissenschaftler zu gefragten Spezialisten in vielen Branchen.

Ob man den Wechsel von der Glühbirne zur LED-Beleuchtung betrachtet, die Verwendung von Carbonfasern in Fahrradrahmen oder die Entwicklung von witterungsbeständigen Textilien für Outdoor-Jacken – in nahezu allen industriell gefertigten Materialien steckt das Know-How von Materialwissenschaftlern. „Wir schauen tief in den inneren Aufbau der Materialien, im Extremfall bis auf einzelne Atome“, sagt Prof. Sandra Korte-Kerzel, Leiterin des Instituts für Metallkunde und Metallphysik an der RWTH Aachen. Wer an der Entwicklung von winzigen Halbleitern in LEDs, Alternativen für Kunststoffverpackungen, neuen Karosserien für Autos oder Flugzeuge oder polarisierenden Sonnenbrillen arbeiten möchte, der ist in den Materialwissenschaften genau richtig.

Sucht man im Portal studienwahl.de nach dem Begriff „Materialwissenschaft“, werden 64 Treffer ausgegeben (Stand: Mai 2019). Darunter befinden sich Bachelor- wie Masterstudiengänge an Hochschulen, Technischen und allgemeinen Universitäten. Die Studierenden dieses interdisziplinären Studiengangs befassen sich vor allem mit den Fächern Physik, Chemie und Mathematik. Daneben beinhaltet die breite Fächerpalette Inhalte aus Bereichen wie Elektrotechnik, Materialkunde, Grundlagen elektronischer Materialien, Kristallografie, Mechanik und Werkstoffkunde.

Abgrenzung zur Werkstofftechnik

Im Gegensatz zum Studiengang Werkstofftechnik ist das Studium der Materialwissenschaft breiter und eher naturwissenschaftlich ausgerichtet. Beschäftigen sich Werkstofftechniker ingenieurwissenschaftlich und eher anwendungsorientiert mit der Entwicklung und Verarbeitung neuer Bau- und Werkstoffe, liegt der Schwerpunkt von Materialwissenschaftlern auf grundlegenden Fragestellungen. Mittels analytischer Methoden erforschen sie neue Materialien und versuchen diese zu charakterisieren.

Während bei den Werkstoffwissenschaftlern komplette Fertigungsprozesse mit den zugrundeliegenden Werkstoffen im Vordergrund stehen, beispielsweise ein Auto sicher und leicht zu bauen oder ein Stahlwerk effizient und damit umweltschonend zu machen, erforschen die Materialwissenschaftler völlig neue Arten von Stahl oder entwickeln transparente Head-up-Displays, bei denen Informationen in die Windschutzscheibe eingeblendet werden.

Sehr gute Berufsaussichten

Wie bei den meisten MINT-Studiengängen sind die Berufsaussichten für Materialwissenschaftler sehr gut und sie sind außerordentlich gefragt – vor allem als Fachleute für die Herstellung, Anwendung und Optimierung leistungsfähiger Materialien. Sie arbeiten zum Beispiel in Forschungs- und Entwicklungsabteilungen, aber auch im Produkt- oder Qualitätsmanagement. Anstellung finden Absolventen dieses Fachs etwa in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Halbleitertechnik, im Bereich Photovoltaik, der Keramik und Feuerfest-Industrie, der Baustoffbranche, der Chemischen Industrie, der Glas-, Computer- und Mikrochipindustrie oder der Eisen- und Stahlindustrie. Aber auch in den Bereichen Medizintechnik, Biomaterialien, Oberflächenveredelung, Unternehmensberatung, Gutachten und Schadensanalyse, im Fachjournalismus oder in der Qualitätssicherung bieten sich beste Einstellungschancen.

Weitere Informationen

BERUFENET

Das Netzwerk für Berufe der Bundesagentur für Arbeit mit über 3.000 aktuellen Berufsbeschreibungen in Text und Bild (Suchwort: Materialwissenschaften).

www.berufenet.arbeitsagentur.de


studienwahl.de
Infoportal der Stiftung für Hochschulzulassung in Kooperation mit der Bundesagentur für Arbeit. Hier kannst du im „Finder“ nach Studiengängen in ganz Deutschland suchen (Suchwort: Materialwissenschaft).
https://studienwahl.de


Hochschulkompass
Das Hochschul- und Studiengangsinformationssystem der Hochschulrektorenkonferenz bietet Informationen über deutsche Hochschulen und internationale Kooperationen.
www.hochschulkompass.de


Berufsfeld-info.de
Infoportal der Bundesagentur für Arbeit zu Ausbildung, Studium und Weiterbildung.
www.berufsfeld-info.de


Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e. V. (DGM)
Setzt sich für die inhaltliche, strukturelle und personelle Weiterentwicklung des Fachgebiets der Materialwissenschaft und der Werkstofftechnik ein. Der Verein hat ein Studienhandbuch herausgegeben, in dem alle deutschen Studiengänge im Bereich Materialwissenschaften aufgeführt werden.
www.dgm.de


Bundesvereinigung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik e. V. (BV MatWerk)
Zusammenschluss verschiedener Vereine, Verbände und Netzwerke im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, der die interdisziplinäre Zusammenarbeit fördert. Fungiert als Kontaktstelle zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Politik.
https://bvmatwerk.de

 

Marie-Sklodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA)
Initiative der EU zur Förderung der internationalen und sektorübergreifenden Karriere von Wissenschaftlern.
https://www.nks-msc.de


Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Wissenschaftlich-technische Bundesbehörde, die sich um die Weiterentwicklung von Sicherheit in Technik und Chemie einsetzt.
www.bam.de

 

 

 

Materialwissenschaft studieren

Bachelorarbeit mit lebenden Zellen

Sophie Mauritz studiert im siebten Semester Materialwissenschaften an der Universität Augsburg. Die 23-Jährige schätzt vor allem die breite Fächerkombination aus Physik, Chemie und Mathematik.

Fast täglich steht Sophie Mauritz derzeit im Labor der Universität Augsburg, um für ihre Bachelorarbeit zu forschen. „Ich untersuche lebende Zellen für zwei Projekte“, erzählt die 23-Jährige. In einem der beiden geht es um tierische Zellen, durch die rote Blutkörperchen fließen, welche zuvor mit Chemikalien angereichert wurden. Dies dient der Vorbereitung für ein späteres Forschungsprojekt mit Malaria-Parasiten. In ihrem zweiten Projekt stimuliert Sophie Mauritz die Epithelzellen mit akustischen Oberflächenwellen (SAW). „Ich untersuche unter einem Fluoreszenzmikroskop, wie sich die Zellen dabei verändern“, erklärt die Studentin.

In dem interdisziplinären Fach Materialwissenschaften beschäftigen sich die Studierenden vor allem mit Feststoffen, meist auf molekularer Ebene. „Wir haben zum Beispiel den Aufbau und das Prinzip von organischen Leuchtdioden in Fernseherbildschirmen und Handy-Displays analysiert“, erzählt Sophie Mauritz. „Die interdisziplinäre Ausrichtung des Studiengangs hat mich von Anfang an gereizt.“ Experimentalphysik, Chemie und Mathematik bilden die Grundlagen der Materialwissenschaften. „Ich war in der Schule gut in Chemie und Physik, aber an der Uni wird das Ganze nochmal viel schwerer und vertiefter.“

Bewerbung ohne NC

Portrait Sophie Mauritz

Sophie Mauritz

Foto: Klaus Satzinger-Viel

Einen NC oder eine spezielle Aufnahmeprüfung gab es an der Universität Augsburg für Materialwissenschaftler nicht. „Da haben sogar Leute mit einem Dreier-Abischnitt angefangen“, erinnert sich Sophie Mauritz. Doch bereits in den ersten beiden Semestern stiegen die Studierenden intensiv in die Naturwissenschaften ein. „Da war jede Klausur fast eine eigene Abiturprüfung mit einer riesigen Menge an Stoff.“ Wer sich für das Studium der Materialwissenschaften interessiert, sollte also gute Vorkenntnisse und ein starkes Interesse für Naturwissenschaften mitbringen. Die Chemie fiel Sophie Mauritz dabei noch am leichtesten, die Theoretische Quantenphysik hingegen am schwersten.

Hoher Praxisanteil

Der Praxisanteil während des Studiums ist verglichen mit anderen Studiengängen sehr hoch. Ein zehnwöchiges Industriepraktikum etwa absolvierte Sophie Mauritz in einem Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie. Dort beschäftigte sie sich mit Verbundwerkstoffen für den Flugzeugbau. Auch ein kleines Projekt in der Prozesstechnik für das Fraunhofer Institut konnte die Bachelorstudentin bearbeiten. Neben dem Industriepraktikum standen fünf weitere Praktika im Laufe des Bachelorstudiums an. „Man muss Versuche durchführen, Protokolle schreiben und nebenbei noch lernen und sich gut organisieren können“, erzählt Sophie Mauritz. Am besten gefielen ihr das semesterbegleitende Praktikum „Organische Chemie“ und das Block-Praktikum zu „Materialwissenschaften 3“. „Da haben wir Aspirin und Glas selbst hergestellt“, berichtet sie. Aufwändig war ein Versuch, bei dem Aluminiumproben mit Flusssäure und Königswasser geätzt und im Ofen auf 500 bis 600 Grad Celsius erhitzt wurden. Danach analysierten die Studierenden die Veränderungen des Aluminiums unter dem Mikroskop.

Nach ihrem Bachelor möchte Sophie Mauritz noch einen Master in Materialwissenschaften absolvieren. Auch eine Promotion schließt sie nicht aus. Beruflich sieht sich die Studentin später eher im Bereich Biofabrikation und „Tissue-Engineering“, also der künstlichen Herstellung biologischer Gewebeschichten.

 

Materialwissenschaftler

Neuen Energiespeichern auf der Spur

Der Materialwissenschaftler Dr. Christoph Bäumer (31) forscht an der Stanford University in den USA. Neben seiner Arbeit im Labor lehrt er an der Hochschule, betreut Studierende und Doktoranden und hält Vorträge auf internationalen Konferenzen.

In seiner Rolle als Postdoc-Wissenschaftler beschäftigt Dr. Christoph Bäumer sich mit den Speichermöglichkeiten von elektrischer Energie in Wasserstoff. „Uns interessiert hier vor allem die Frage, wie man mit Hilfe von Wasserspaltung elektrischen Strom aus Sonnen- und Windenergie noch effizienter in Form von Wasserstoff zwischenspeichern kann“, erklärt der 31-Jährige, der in den Laboren des Department of Materials Science and Engineering der Standford University in Kalifornien arbeitet. Ein Anwendungsfeld für seine Forschungsarbeit wäre zum Beispiel das Wasserstoffauto. In Wasserstoff gespeicherte Energie könnte in der Brennstoffzelle des Autos wieder zu Strom werden. Der Vorteil: Das Auto hätte eine größere Reichweite und wäre mehrere hundert Kilogramm leichter als vergleichbare Elektroautos. Zusätzlich könnte man knappe Ressourcen wie Kobalt schonen, die für die Batterieherstellung notwendig sind.

 

Portrait Dr. Christoph Bäumer

Dr. Christoph Bäumer

Foto: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau

Im Labor untersucht Dr. Christoph Bäumer physikalische und chemische Vorgänge mit einem speziellen Mikroskop im Nanometerbereich. Außerdem bestimmt er die Eigenschaften verschiedener Materialien mithilfe von Spektroskopie, einer physikalischen Methode zur Messung von Strahlung. Die Ergebnisse wertet der Wissenschaftler am Computer aus, um zu verstehen, wie die Katalysator-Materialien die Wasserspaltung ermöglichen.

 Innovative Mikrochips

Seinen Bachelor in Materialwissenschaften absolvierte Dr. Christoph Bäumer an der RWTH Aachen. Im Anschluss daran zog es ihn für das aufbauende Masterstudium in die USA, an die University of Illinois at Urbana Champaign. Im Zuge seiner Doktorarbeit am Peter Grünberg Institut des Forschungszentrums Jülich beschäftigte der Naturwissenschaftler sich mit Computer-Mikrochips. Er untersuchte die elektrische Struktur von sogenannten Nanoschaltern und testete neue, dünne Metall-Oxid-Schichten, um Mikrochips effektiver zu machen. Dies hat Auswirkungen auf viele Bereiche, in denen Mikrochips verbaut sind, etwa Smartphones. Mit solchen Chips müssten sie seltener aufgeladen werden, da sie mehr Speicherkapazität hätten. Die Kombination verschiedener Technologien und Materialien ist für zukünftige Innovationen in diesem Bereich sehr wichtig. „Welche Technologien und Materialien welchen Zweck am besten erfüllen werden, dazu ist noch viel Grundlagenforschung nötig“, erklärt Dr. Christoph Bäumer.

Forschung und Lehre

Beschäftigt ist Dr. Christoph Bäumer an der Stanford University derzeit über die Marie-Sklodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) der Europäischen Union, einem Förderungsprogramm für Wissenschaftler. Neben seiner Forschungsarbeit hält er Vorlesungen und betreut Doktoranden und Masterstudierende. Zu seiner Arbeit gehört auch, dass er regelmäßig nationale und internationale Wissenschaftsartikel verfasst und veröffentlicht. Darüber hinaus besucht der Materialwissenschaftler regelmäßig Konferenzen, bei denen er Vorträge hält und mit anderen Wissenschaftlern über bestimmte Forschungsthemen diskutiert. Er lobt vor allem die interdisziplinäre Ausrichtung der Materialwissenschaften, die in den USA schon seit den 1940er und 1950er Jahren vorangetrieben wird. In Deutschland sei dies vergleichsweise spät erfolgt. „Aber wir holen hier auf – was sowohl die zunehmende Anzahl der interdisziplinären Forschungscluster als auch der angebotenen Materialwissenschaftsstudiengänge zeigt“, sagt Dr. Christoph Bäumer.

Weitere Zukunftsplanung

Als nächste berufliche Station strebt der Wissenschaftler eine feste Stelle in der Forschung oder an einer Universität an. In die Industrie oder Wirtschaft zieht es ihn weniger, da ihn die Grundlagenforschung stärker interessiert. „Das war auch meine Motivation für das Studium. Als Materialwissenschaftler will ich durch ein erweitertes Verständnis von grundlegenden physikalischen und chemischen Vorgängen einen Beitrag zu den wichtigen Herausforderungen unserer Zeit leisten, etwa bei der Lösung des Klimawandels“, sagt Dr. Christoph Bäumer.


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Stand: 17.07.2019