Panta rhei: Die Materialwissenscha t und ihr Blick auf die Dynamik der Welt

Der griechische Aphorismus Heraklits, „Alles fließt“, erhält in der Materialwissenschaft eine konkrete Bedeutung. Hier zeigt sich Wandel als naturwissenschaftliches Prinzip: Nichts ist wirklich fest, vieles durchdringt und verändert sich gegenseitig. Dieser Blick auf Stoffe, ihre Strukturen und Beziehungen reicht von metallischen Grenzflächen bis in die Produktion moderner Mikrochips – und damit mitten in unseren Alltag.

Die Materialwissenschaft verbindet Chemie, Physik und Ingenieurwissenschaften zu einem interdisziplinären Feld, das sich mit Aufbau, Eigenschaften und Herstellung von Werkstoffen beschäftigt. Ziel ist es, Stoffe auf atomarer und molekularer Ebene zu verstehen – durch Analysen ihrer Zusammensetzung, Struktur sowie thermodynamischer und kinetischer Eigenschaften. Methoden wie Phasendiagramme und Diffusionsuntersuchungen helfen, Zustandsübergänge und Wechselwirkungen zu erfassen.

Dieses Wissen ermöglicht gezielte Materialentwicklungen, etwa für Mikroelektronik oder Hochleistungstechnologien. So schlägt die Disziplin eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung – ein zentrales Merkmal für Hochschulen angewandter Wissenschaften.

Von metallischen Grenzflächen
zu Mikroelektronik

Ein Beispiel ist die Forschung von Dr. Martin Seyring an der Hochschule Schmalkalden. Der promovierte Materialwissenschaftler erforscht Phasenungleichgewichte und Interdiffusion an metallischen Grenzflächen – Prozesse, die bei der Herstellung mikroelektronischer Bauteile entscheidend sind. Gemeinsam mit Prof. Roy Knechtel arbeitet er an der Entwicklung sogenannter MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), winziger Sensoren, die etwa in Smartphones und Smartwatches verbaut sind.

Während sich Roy Knechtel auf Konstruktion und Integration konzentriert, untersucht Martin Seyring die Verbindung dieser Sensoren mit metallischen Werkstoffen durch Verfahren wie Bonden und Löten. Dabei stehen Fragen im Mittelpunkt wie: Wie reagieren Metallschichten miteinander? Wie lassen sich ihre Eigenschaften und Grenzflächen optimieren?

Ein Schlüsselfaktor ist die Zeit: Diffusions- und Reaktionsprozesse verlaufen oft langsam, ihre Effekte sind jedoch entscheidend für Stabilität und Leistungsfähigkeit von Materialien. Durch gezielte Temperaturerhöhung lassen sich Alterungsprozesse beschleunigt simulieren – ein wichtiger Beitrag zur effizienten Serienfertigung.

Materialinnovation und Nachhaltigkeit

Technologischer Fortschritt bringt ökologische Verantwortung mit sich. Seyring und Knechtel arbeiten daher im Projekt „MatInWLP“ (Material-Innovationen im Wafer-Level-Packaging) an einer nachhaltigen Weiterentwicklung der Mikrochipproduktion. Ziel ist es, elektronische Bauteile direkt auf dem Wafer – der Trägerscheibe aus Silizium – aufzubauen, statt sie in vielen Einzelschritten weltweit montieren zu müssen.

Dieses Wafer-Level-Packaging (WLP) reduziert Transportwege, Materialverbrauch und ökologische Belastungen erheblich. Zugleich eröffnet es neue Möglichkeiten durch den Einsatz von 3D-Druckverfahren. Das Projekt, gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung im Schwerpunktthema Ressourceneffizienz, läuft bis 2027 und wird mit 1 Million Euro unterstützt. Es bündelt technologische, ökonomische und ökologische Ambitionen – mit dem Ziel, die Produktion von Mikrochips effizienter, nachhaltiger und ressourcenschonender zu gestalten.

Fazit

Die Materialwissenschaft zeigt, dass alles in Bewegung ist – auch im scheinbar Starren. Vom atomaren Gitter bis zur globalen Lieferkette offenbart sich ein Netz aus Beziehungen, Veränderungen und Wechselwirkungen. „Panta rhei“ wird so zur Formel einer Disziplin, die Wandel nicht nur beschreibt, sondern aktiv gestaltet – für eine technologische Zukunft, die das Fließen der Materialien mit dem Fließen der Ideen verbindet.

Aktuellen aus Forschung & Lehre

Veranstaltungen

03.12.2025 | 18:00 Uhr – 19:00 Uhr | Aula
Forschungssemesterberichte Prof. Dr. Lisiewicz (Fakultät Wirtschaftsrecht) und
Prof. Dr. Hüschelrath (Fakultät Wirtschaftswissenschaften)

21.01.2026 | 18:00 Uhr – 21:00 Uhr | Audimax
Neujahrsempfang der Hochschule Schmalkalden

www.hs-schmalkalden.de/service/veranstaltungen

Stellenangebote

Sachbearbeitung Controlling
Professur für Informatik mit
Ausrichtung Digitale Transformation
und viele mehr

www.hs-schmalkalden.de/stellenangebote-an-der-hochschule

Neue Köpfe

Prof. Dr. Matthias Lippold

Matthias Lippold nahm mit dem Wintersemester 2025 den Ruf der HSM an und hat nun die Professur „Wirtschaftspsychologie“ an der Fakultät Wirtschaftswissenschaften inne.

Nach dem Studium der Psychologie promovierte er an der Abteilung für Sozial- und Wirtschaftspsychologie der Universität Göttingen und befasste sich in seiner Dissertation mit der Frage, wie und wann sich Synergieeffekte in Formen des Zusammenarbeitens, z. B. in kollektiven Urteilen, ergeben.

Praktische Berufserfahrung konnte er anschließend bei der S&F Personalpsychologie sammeln, einer aus der Uni Göttingen ausgegründeten Unternehmensberatung. Hier arbeitete er im Bereich Eignungsdiagnostik, wobei es unter anderem darum ging, Auswahlverfahren zu entwickeln und zu evaluieren.

Throwback

Zukunftsforum Kunststoffkreislauf

Bereits im Juli fand die Abschlusskonferenz des KI-Hubs Kunststoffverpackungen in Berlin statt, die neben einem Resümee der erzielten Ergebnisse auch Ansätze ihrer anwendungsnahen Umsetzung thematisierte. Was können intelligente, KI-unterstützte Recyclingtechnologien dazu beitragen, nachhaltige Kunststoffkreisläufe zu realisieren, was sind die Chancen und worin bestehen die Herausforderungen?

Ein zentrales Ziel des Forschungsprojektes um die Innovationslabore K3I-Cycling und KIOptiPack war die (Wieder-)Verwertung von Kunststoffverpackungen und die Nutzbarmachung von Rezyklaten. Die HSM durfte nicht nur 2023 das Konsortialtreffen des KI-Hubs ausrichten, sie war auch aktiver Teil der Erforschung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft von Kunststoffverpackungen mit Hilfe Künstlicher Intelligenz. Neben den Schwerpunkten Kunststoffspritzgießen und Rezyklate/Materialcharakterisierung befassten sich Forschende der HSM mit datengetriebenen KI-Modellen.

Im Rahmen des Forums wurden Ansätze vorgestellt, die zum Beispiel KI-Modelle nutzen, um die qualitativen Schwankungen des Rezyklats über eine Vorhersage oder ein Monitoring abzuschätzen und steuerbar zu machen. Mit diesen an der industriellen Fertigung ausgerichteten KI-Anwendungen kann die Effizienz der Produktion optimiert werden. Neben einer Kartierung der komplexen Materialeigenschaften der Polymere wurden auch KI-gestützte Modelle präsentiert, die eine Beurteilung der thermoplastischen Charakteristika in Echtzeit erlauben.

Die Optimierung von Sortieranlagen mit Hilfe von an Multisensordatensätzen trainierter KI soll als letztes Beispiel möglicher Anwendung genügen.