BUNSENMAGAZIN - Deutsche Bunsengesellschaft für ...

ASPEKTE
Jürgen Janek, Manfred Martin und Klaus-Dieter Becker
1. EINLEITUNG
Die Brückenfunktion der Physikalischen Chemie wird in kaum
einem anderen Gebiet von Forschung und Technologie so sichtbar
wie in der Materialforschung: Sie verbindet Grundlagenforschung
und technische Anwendungen, so wie sie die Physik
von Festkörpern und weicher Materie mit den chemischen
Synthesedisziplinen in organischer, anorganischer und Polymerchemie
verknüpft. Ihre Stärke liegt in der Kombination von
physikalischen Methoden und Konzepten mit der stoffl ichen
Breite der Chemie, wobei es mittlerweile viele grundlegende
Arbeitsfelder und -weisen gibt, die als originär physikalischchemisch
gelten können.
Es ist das Ziel der Bunsentagung 2009, diese physikalischchemischen
Aspekte der Materialforschung in möglichst vielen
Facetten abzubilden. Viele dieser Themen können wir im internationalen
Rahmen den Materials Sciences, dem Materials
Engineering oder Chemical Engineering zuordnen – Disziplinen,
die in Deutschland in dieser expliziten Form nur an wenigen
Orten als eigene Fachgebiete angesiedelt sind.
Gleichzeitig lohnt es sich, die zeitliche Entwicklung und die Wurzeln
moderner Materialtechnologien zu verfolgen. In vielen Fällen
stehen grundlegende physikalisch-chemische Arbeiten am Beginn.
Dies gilt z. B. für die Entwicklung von Flüssigkristallanzeigen,
von Halbleiteranwendungen, von Batterien und Brennstoffzellen
oder auch von heterogenen Katalysatoren. Damit führt die Beschäftigung
mit den Wurzeln auch direkt zu starken Argumenten
für eine intensive physikalisch-chemische Grundlagenforschung.
2. THEMEN DER PHYSIKALISCH-CHEMISCHEN
MATERIALFORSCHUNG
Die besonderen Stärken der Physikalischen Chemie in der Materialforschung
liegen traditionell in den Gebieten, aus denen
sie im Laufe der Zeit hervorgegangen ist und die sich als be-
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BUNSEN-MAGAZIN · 11. JAHRGANG · 2/2009
PHYSICAL CHEMISTRY – THE SCIENCE
BEHIND MATERIALS ENGINEERING
Prof. Dr. Jürgen Janek
Justus-Liebig-Universität Giessen
Physikalisch-Chemisches Institut
Heinrich-Buff-Ring 58, D-35392 Giessen
Tel.: (0641) 99-34500, Fax: (0641) 99-34509
E-Mail: Juergen.Janek@phys.Chemie.unigiessen.de
KONZEPTE, MODELLE, METHODEN
Prof. Dr. Manfred Martin
RWTH Aachen
Institut für Physikalische Chemie
Lehrstuhl für Physikalische Chemie I
Landoltweg 2, 52056 Aachen
Tel.: (0241)-80-94712, Fax: (0241)-80-92128
E-Mail: martin@rwth-aachen.de
sonders fruchtbar erwiesen haben – der Thermodynamik, der
Elektrochemie und der Spektroskopie. Spektroskopie und Mikroskopie
sind die Grundlage für alle modernen Charakterisierungsverfahren
und sind als solche in engem Wechselspiel mit
der Physik entstanden und verfeinert worden. Ihre Methoden
werden ständig erweitert, und sie sind aus der Materialanalytik
nicht wegzudenken. Die Thermodynamik als Basis für Phasendiagramme
und die Defektchemie von Kristallen ist eine unverzichtbare
Basis für die meisten modernen Materialtechnologien,
und die Elektrochemie hat als Grundlage von Galvanotechnik,
Korrosionsforschung, Batterie- und Brennstofftechnologien immer
eine wichtige Rolle gespielt. Die theoretischen Methoden
haben in Deutschland aus zwei Gründen erst relativ spät – dann
aber mit rasch wachsender Geschwindigkeit – Eingang in die
Materialforschung gefunden: Zum einen band der Erfolg der
molekularen Chemie, die traditionell eher der Medizin und den
„Lebenswissenschaften“ zugewandt ist, die Kräfte, und zum anderen
war die Rechnerleistung für die Lösung von Problemen in
kondensierten Phasen schlicht für lange Zeit vollkommen unzureichend.
Heute sind theoretisch arbeitende Gruppen in der
Materialforschung nicht nur gleichberechtigt tätig, vielfach ist
ein Fortschritt ohne sie unmöglich.
Es gibt eine Reihe von Themen der Materialforschung, deren
Entwicklung über die letzten Jahrzehnte den Einfl uss der physikalischen
Chemie besonders deutlich zeigen: Hierzu gehört die
heterogene Katalyse als „Dauerbrenner“ – mit prominenten
Physikochemikern als dominierenden Akteuren von Wilhelm
Ostwald bis Gerhard Ertl. Hierzu gehören die elektrochemische
Energiewandlung und Erfolge bei der Entwicklung von Elektroden-
und Elektrolytkomponenten für Batterien und Brennstoffzellen,
aber auch die Entwicklung von organischen Halbleitern
oder Hybridmaterialien für Leuchtdioden, Speicherbausteine
oder Photoelektroden.
Heute ist die Physikalische Chemie in vielfältiger Weise in der
Materialforschung vertreten: Die Miniaturisierung von physikalischen
und chemischen Funktionselementen für die Mikrosys-
Prof. Dr. Klaus-Dieter Becker
Technische Universität Braunschweig
Institut für Physikalische und
Theoretische Chemie
Hans-Sommer-Str. 10, 38106 Braunschweig
Tel.: (0531)-391-5341
E-Mail: k-d.becker@tu-braunschweig.de