Materialwissenschaft

Ob in bio- und mikroelektronischen Geräten, in der Automobiltechnik, im Energiebereich, in der Luft- und Raumfahrt oder in den biomedizinischen oder freizeitbezogenen Bereichen wie Hochleistungssport – Materialien spielen heute eine zentrale Rolle. Das Zeitalter der massgeschneiderten Materialien ist angebrochen.

Die Herstellung von leistungsfähigen und haltbaren Werkstoffen erfordert ein detailliertes Verständnis der komplexen Phänomene, die sich auf der Atomebene abspielen. Die Mikrostruktur der Materie spielt nämlich eine wichtige Rolle: sie legt die Eigenschaften eines Werkstoffs, wie beispielsweise seine Härte oder seine Elastizität, fest. Das Verständnis dessen, was sich in der Welt des unendlich Kleinen abspielt, ist also notwendig, um die Leistungen eines Werkstoffs vorherzusagen, aber auch um neue Materialien zu erfinden.

In der Forschung werden Spitzentechnologien wie die Elektronenmikroskopie genutzt, um Materie auf der Atomebene zu untersuchen. Forscherinnen und Forscher entwickeln und nutzen auch leistungsfähige Modellierungstechniken, um Simulationen der Werkstoffherstellung auf der Atomebene durchzuführen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können somit jegliche Art von Werkstoffen virtuell kreieren und testen so auch Stoffe, die sich nur in unzugänglichen Gebieten wie zum Beispiel im Erdinneren oder auf anderen Planeten befinden.

Das Beispiel der Sonnenfäden: Wie muss man vorgehen, um ein Maximum an Sonnenlicht zu sammeln und es dann in Elektrizität umzuwandeln? Mit dieser Herausforderung beschäftigen sich weltweit zahlreiche Forscherinnen und Forscher. Die Herstellung von Hochleistungs-Sonnenzellen ist nämlich wirklich eine riesige Aufgabe. Bei diesem Wettlauf um die Photovoltaik spielen Halbleiterstoffe eine äusserst wichtige Rolle, weil sie für das Sammeln von Sonnenlicht besonders geeignet sind. Winzige Fäden, die auch Nano-Fäden genannt werden und vor Kurzem entwickelt wurden, besitzen erstaunliche Eigenschaften: In senkrechter Position wirken sie wie Photonen-Trichter und sind trotz ihrer Winzigkeit in der Lage, grosse Mengen von Licht zu absorbieren. Mit den passenden elektronischen Eigenschaften werden diese Nano-Fäden also zu Mini-Sonnenzellen und wandeln das Licht in elektrischen Strom um. Wenn sie aus Galliumarsenid hergestellt werden, können die Nano-Fäden bis zu 12 Mal mehr Licht absorbieren als eine herkömmliche Zelle. Wer mehr Licht sagt, sagt mehr Energie. Dazu kommt, dass bei der Herstellung dieser Nano-Fäden weniger Grundwerkstoff eingesetzt wird.

Vorstellung des Programms

Nebst der Vermittlung solider Mathematik-, Physik- und Chemiegrundlagen werden in diesem Studiengang die verschiedenen Materialklassen – Metalle, Keramiken, Polymere und Kompositen – sowie Analyse- und Charakterisierungsmethoden angeschnitten. Dazu werden Materialstrukturen und -eigenschaften, deren verschiedenen Transformationen und darunterlegenden Prinzipien, und Technologien zur Umsetzung behandelt. Im letzten Jahr führen die Studierenden ein Forschungsprojekt in einem Labor ihrer Wahl durch.

Bachelor: vereinfachter Studienplan

Master: Aussichten

Während des Master-Studiums wird das Verständnis der Strukturen verschiedener Materialien von der makroskopischen zur atomaren Skala vertieft, um ihre Eigenschaften zu nutzen, Fabrikationsprozesse zu meistern und neue Produkte zu kreieren. Es stehen verschiedene Ausrichtungen zur Wahl:

  • Verarbeitung von Materialien und Produktionsprozesse
  • Strukturelle Materialien für Transport, Energie und Infrastruktur
  • Materialien für Mikroelektronik und -technik
  • Materialien für biotechnologische und medizinische Anwendungen
  • Forschung und Entwicklung von Materialien

Die Ausbildung wird durch ein Praktikum in einem Unternehmen und mehreren Laborprojekten (darunter auch das Masterprojekt für 30 ECTS-Kreditpunkte) ergänzt.

Detaillierte Informationen (auf Englisch)

Nach dem Abschluss des Bachelor-Studiums werden auch andere Programme angeboten, besonders einige interdisziplinäre Master. Mehr Informationen zu den Master-Studiengängen (auf Englisch).


Bitte beachten Sie, dass die Informationen zur Programmstruktur sowie die vereinfachten Studienpläne jederzeit geändert werden können und nicht als rechtsverbindlich gelten. Massgebend sind nur die offiziellen Reglemente und Studienpläne (auf Englisch).

Berufsaussichten

Absolventinnen und Absolventen des Materialwissenschaftsstudiums haben fundierte Kenntnisse der Struktur der Materie, und ein gutes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Mikrostrukturen und den mechanischen Eigenschaften von Materialien. Dies bietet ihnen unterschiedliche Berufsmöglichkeiten in Bereichen wie der Biomedizin, Luftfahrt, Nahrungsmittelindustrie oder Sporttechnologie. Sie setzen sich dafür ein, den Lebenszyklus der Materialien von der Herstellung bis zur Wiederverwertung zu verbessern, während sie gleichzeitig auf die Umweltverträglichkeit achten.

Als Schnittstelle zwischen den Grundlagen- und Ingenieurwissenschaften ermöglicht dieser multidisziplinäre Studiengang es den Absolventinnen und Absolventen, sich an ein wissenschaftliches Umfeld in stetigem Wandel anzupassen und wirksam zur Entwicklung neuer Materialien für spitzentechnologische Anwendungen beizutragen.

Ingenieurinnen und Ingenieure der Materialwissenschaften können verschiedene Funktionen ausüben: In der Forschung und Entwicklung versuchen sie es, für eine bestimme Anwendung die Werkstoffwahl zu optimieren oder neue Herstellungsverfahren zu entwickeln. Sie kombinieren das Experimentieren mit der digitalen Modellierung, um zwischen Herstellungsverfahren (Produktionszyklen, Temperatur, usw.) und Werkstoffmerkmalen (Mikrostrukturen, mechanische Eigenschaften, usw.) eine Verbindung herzustellen. In den Produktionseinheiten stellen sie die Umsetzung dieser Verfahren und die Qualität des Produkts sicher. Immer mehr Ingenieurinnen und Ingenieure sind ausserdem an der Analyse des Lebenszyklus der Werkstoffe beteiligt.

Abgängerinnen und Abgänger dieses Studiums können aber auch in der Metallverarbeitungs-, Keramik-, Polymer-, Lebensmittel- oder Verpackungsindustrie, in der Uhrmacherei, im Baugewerbe oder im Bereich Verkehr und Energie tätig sein.

Um ihre Fachkenntnisse weiter zu vertiefen, können Absolventinnen und Absolventen nach dem Master ihre akademische Laufbahn im Rahmen einer Doktorarbeit in der Schweiz oder im Ausland fortsetzen.


Alumni: was wird aus ihnen?

Olivier Thomann

Die Produktion von erneuerbarem Solar- oder Windstrom wird immer wichtiger; sie schwankt jedoch mit dem Wetter und den Jahreszeiten. Man muss also das Übermass an Strom speichern können, um es dann zu brauchen, wenn die Nachfrage am höchsten ist.

Olivier Thomann, Bachelor und Master Materialwissenschaft (2009). Olivier Thomann arbeitet als Forscher am VTT Technical Research Centre, in Finnland.

Edwina Klay

Nach meinem Master habe ich eine Doktorarbeit im Bereich der Edelmetalle gemacht. Ich fühlte mich noch nicht bereit, in die Arbeitswelt einzutauchen, weshalb ich mich über die Möglichkeit informiert habe, einen zweiten Master in Technologie und Unternehmertum zu absolvieren.

Edwina Klay, Bachelor und Master Materialwissenschaft (2006), Doktorarbeit Materialwissenschaft (2010). Edwina Klay arbeitet in einem grossen Uhrenunternehmen als Verantwortliche des Metallurgielabors.

Kontakt 

Weitere Informationen zu diesem Programm erhalten Sie hier: [email protected] / +41 (0)21 693 68 01


Für allgemeine und praktische Informationen auf Deutsch wenden Sie sich bitte an das Education Outreach Department: [email protected]