Materialmodellierung

Konventionelle Ansätze zur Materialentwicklung sind teuer, zeitaufwändig und beruhen oft auf Trial-and-Error. Dies stellt ein wesentliches Hindernis in unserer gesellschaftlichen Entwicklung dar und verlangsamt insbesondere dringend benötigte Fortschritte in den Bereichen Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Materialsicherheit, bei denen eine unerforschte Bandbreite an Materialien, Prozessen und Anwendungen untersucht werden müssen.

Die Materialmodellierung ermöglicht die Beschleunigung von Materialdesign und -entwicklung bei einer erheblichen Kostenverringerung. Modellierung und Simulationen mit stets steigenden Rechenkapazitäten ermöglichen außerdem eine schnelle Bewertung von potenziellen Materialien für gezielte und sichere Anwendungen. Neben Experimenten ist die computergestützte Materialwissenschaft deshalb ein Eckpfeiler jeder Materialinnovation.

Der Fachbereich Materialmodellierung entwickelt und führt mesoskalige Modellierungen und Simulationen durch, um die Prozess-Mikrostruktur-Eigenschaften-Performance-Beziehungen zu untersuchen. In Zusammenarbeit mit unseren akademischen Partnern und der Industrie erforschen wir ein breites Themenspektrum aus Mikrostrukturdefektdesign, der Optimierung funktioneller Eigenschaften oder aber die Entwicklung von komplexen Mehrkomponentenlegierungen unter Verwendung fortschrittlicher Multiskalenmodellierungsansätzen.

CALPHAD, Phasenfeldmethoden sowie die Chemomechanik, Bruchmchanik und Kristallplatizität werden integriert betrachtet, um Legierungen und Mikrostrukturen vorherzusagen und zu entwerfen. Während Full-Field-Simulationen zur Untersuchung der Mikrostrukturentwicklung bei verschiedenen Prozess- und Anwendungsbedingungen dienen, werden Mean-Field- und moderne Machine-Learning-Ansätze angewendet, um mikroskopische Merkmale mit makroskopischen Eigenschaften zu korrelieren.

Mit unseren quantitativen thermodynamischen und kinetischen Simulationen stellen wir die Brücke zwischen experimenteller Forschung und atomistischen Simulationen (Abteilung Materialchemie und Fachbereich Materialinformatik) her mit dem Ziel, die Erforschung und das Design von Mikrostrukturen und deren sichere Anwendung voranzutreiben.