Welche Werkstoffe bringt uns die Zukunft?#
Hubert Weitensfelder
Viele Jahrtausende lang dominierte in der Geschichte der Menschheit der Gebrauch natürlicher Werkstoffe wie Stein, Holz oder Horn; die Nutzung von Metallen leitete dann einen großen Umbruch ein. Welche Bedeutung den Werkstoffen beigemessen wird, zeigt sich daran, dass ganze Zeitalter nach ihnen benannt sind, nämlich die Stein-, Bronze- und Eisenzeit.
Seit dem frühen 20. Jahrhundert werden Werkstoffe systematisch auf ihre Eigenschaften untersucht. Die Entwicklung der Naturwissenschaften ermöglicht es, ihre atomaren und molekularen Strukturen besser zu erkennen und gezielt zu beeinflussen.
Heute werden Werkstoffe in Metalle, Gläser und Keramiken, Polymere (Kunststoffe) und Verbundwerkstoffe unterteilt. Letztere bestehen aus mehreren Stoffen unterschiedlicher Gruppen und weisen deutlich andere Eigenschaften auf als die Ausgangssubstanzen. Metalle werden zum einen in ihrer reinen Form, zum anderen aber auch in ihren Mischungen (Legierungen) erforscht. Das wichtigste Gebrauchsmetall, Stahl bzw. Eisen, ist nach wie vor Gegenstand intensiver Untersuchungen. Derzeit sind im Handel rund 2.000 genormte Stahlsorten erhältlich, die für spezielle Anwendungen vorgesehen sind.
Besonders vielseitig ist auch Glas einsetzbar; Spezialgläser schützen vor radioaktiver Strahlung, hitzefeste Gläser finden sich in den meisten Laboratorien, Glaslinsen in Weltraumteleskopen ermöglichen den geschärften Blick ins All. Seit einiger Zeit werden „intelligente“ Gläser hergestellt: Gläserne Hausfassaden könnten in Zukunft selbsttätig Licht und Klima in den Räumen regeln, bei Zerbrechen Alarm auslösen und, mit einer photovoltaischen Beschichtung versehen, sogar Solarenergie gewinnen.
Traditionelle Keramiken sind sehr wärmebeständig, aber auch recht bruchempfindlich. Die Entwicklung von Hochleistungskeramiken hat ganz neue Eigenschaften ermöglicht; so ist gebranntes Zirconiumdioxidmit einem geringen Anteil an Yttriumoxid zwar ein Keramikwerkstoff, lässt sich aber plastisch ähnlich wie ein Metall verformen und ist beinahe unzerbrechlich.
Kunststoffe bilden eine junge Werkstoffgruppe, ihre Anfänge reichen bis ins 19. Jahrhundert zurück. Auch sie ermöglichen eine Reihe bemerkenswerter Anwendungen; so könnten in Zukunft Fernseher aus flexiblen Plastikfolien hergestellt werden, die sich nach Gebrauch einfach wieder zusammenrollen lassen. Noch in den Anfängen steckt die Manipulation und Erzeugung von Substanzen auf atomarer Ebene, deren Eigenschaften sich besonders genau definieren lassen. Diese „Nano-Werkstoffe“ werden im 21. Jahrhundert viele und überraschende Anwendungen finden.
Dieser Essay stammt mit freundlicher Genehmigung des Verlags aus dem Buch:
Verlagsgruppe Styria GmbH & Co KG, Wien