Nano- und Werk­stoff­techno­logie

Atome

Die Arbeitswelt im Überblick

Kratzfeste Lacke, elektrisch leitfähige Kunststoffe, ultraleichte Verbundstoffe – die Forschung in der Nano- und Werkstofftechnologie bringt immer wieder neue Materialien hervor. Wie sehen die Perspektiven am Arbeitsmarkt aus? Was sind die Trends?

Nanotechnologie bedeutet große Forschung in ganz kleinen Abmessungen. So klein, dass nanotechnische Eingriffe mit bloßem Auge nicht zu sehen sind. Ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters. Oder umgekehrt: Etwa 70.000 Nanometer entsprechen der Dicke eines menschlichen Haars.

Werkstoffwissenschaftler/innen erschaffen durch Eingriffe auf atomarer oder molekularer Ebene Materialien mit neuen, verbesserten Eigenschaften. Oder sie kombinieren bereits bekannte Materialien zu innovativen Verbundwerkstoffen – zum Beispiel zu faserverstärkten Kunststoffen, die federleicht und trotzdem äußerst stabil sind. Innovationen können daneben auch verbesserte Arbeitsprozesse betreffen, etwa in Zusammenhang mit der Metallschmelze oder dem Brennen von Keramik.

Werkstoffe zu erforschen, entsprechende Produktionsverfahren für die industrielle Fertigung zu entwickeln oder die Qualität der hergestellten Verbundstoffe zu überprüfen, sind zentrale Aufgabengebiete für die Akademiker/innen dieser Arbeitswelt. Gearbeitet wird zumeist im Labor oder am Rechner im Büro, unter anderem mit modernsten Mess- und Analysegeräten sowie spezieller Simulations- und Statistiksoftware.

Wenn du in der Nano- und Werkstofftechnologie arbeiten möchtest, solltest du großes Interesse an Technik und Naturwissenschaften mitbringen. Kreativität und Pioniergeist sind ebenso gefragt wie Teamfähigkeit und Kommunikationsstärke. Materialwissenschaftler/innen arbeiten oft in Teams mit Kollegen aus den unterschiedlichsten Fachgebieten – und das nicht selten in einem internationalen Umfeld, weshalb auch Englischkenntnisse wichtig sind. Nicht zuletzt solltest du eine systematische, sorgfältige und geduldige Arbeitsweise an den Tag legen. Denn bis ein Forschungsprojekt zu konkreten Ergebnissen führt, wirst du einzelne Schritte immer wieder aufs Neue überprüfen und korrigieren müssen.

Typische Arbeitgeber für die Akademiker/innen dieser Arbeitswelt finden sich insbesondere in der Chemischen Industrie, unter anderem im Bereich der Erforschung und Entwicklung neuartiger Kunststoffe. Ebenso bieten sich Perspektiven in der Stahlindustrie und bei anderen metallerzeugenden Unternehmen. Darüber hinaus haben Werkstoffexperten beispielsweise auch Chancen bei Keramik- und Baustoffherstellern sowie bei allen weiteren Unternehmen, die an neuen Materialien für ihre Produkte forschen. Ob in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder der Elektroindustrie – die Möglichkeiten sind breit gefächert.

Zudem werden Material- und Werkstoffexperten im Bereich der Grundlagenforschung an Hochschulen und Instituten benötigt. Die Nano- und Werkstofftechnologie gilt als Schlüsseltechnologie für die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie und wird dementsprechend öffentlich gefördert. Gründlich erforscht wird dabei auch, ob ­bestimmte Nano­partikel schädliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können.

Dr. Jens Stephani, Experte der Bundesagentur für Arbeit, erläutert die Situation am Arbeitsmarkt: „Es handelt sich um ein kleines, aber wachsendes Berufsfeld. Bei einer gewissen Flexibilität dürften die Jobaussichten für Berufseinsteiger nicht schlecht sein."

Nanopartikel kommen bereits heute in etlichen Produkten zum Einsatz, beispielsweise in besonders widerstandsfähigen Lacken, in wetterfesten Textilfasern oder optimierten Kunststoffen. Ein Beispiel für eine weitere Innovation: Materialien mit „Formgedächtnis“ – etwa Kunststoffe, die unter bestimmten Temperaturbedingungen ihre Molekülstruktur verändern. Das könnte beispielsweise Möbel möglich machen, die sich selbst zusammenfalten und wieder aufstellen, wenn sie einen Stromimpuls erhalten.

Im Fahrzeugbau stellt man ebenfalls große Erwartungen an den Einsatz neuer Materialien: Mit einer Kombination aus Leichtmetallen, Carbon und Faserverbundwerkstoffen soll das Gewicht der Fahrzeuge spürbar gesenkt werden – und damit auch deren Spritverbrauch.

In Zukunft könnten die hierfür benötigten Werkstoffe aus dem 3-D-Drucker kommen: Bei der additiven Fertigung werden die Ausgangsmaterialien – etwa ein Granulat aus Metall oder Kunststoffen – per Laser geschmolzen und Schicht für Schicht aufgetragen, bis ein dreidimensionales Bauteil entsteht. <<

Portraitaufnahme von Hans-Jürgen Schäfer

Interview mit Dr. Ing. Hans-Jürgen Schäfer, Geschäftsführer der Gesellschaft Materials Engineering des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI)

Gut auf die Zukunft vorbereitet

Herr Dr. Schäfer, welche Bedeutung hat die Werkstofftechnik für Industrie und Gesellschaft?
Hans-Jürgen Schäfer: Etwa zwei Drittel aller technischen Innovationen hängen von den Eigenschaften der Werkstoffe ab. Man schaue sich einmal die Materialien von Autos, Flugzeugen, Computern oder modernen medizinischen Geräten heute und vor 20 Jahren an. Leichtbaukonzepte in Stahl oder Kunststoff senken den Treibstoffverbrauch von Fahrzeugen aller Art. Werkstoffinnovationen ermöglichen leistungsfähige elektronische Bauteile für die Informations- und Kommunikationstechnik. Durch Beschichtung mit Titandioxid im Nanometerbereich werden wasserabweisende und antibakterielle Gläser hergestellt. In Flugzeugen oder Brücken eingesetzt, reparieren intelligente Werkstoffe leichte Defekte selbstständig. Dies sind nur einige Beispiele von vielen.

Wie wirkt sich die Digitalisierung auf die Werkstofftechnik aus?
Hans-Jürgen Schäfer: Für ein rohstoffarmes Land wie Deutschland ist es eine große Chance, durch die Digitalisierung der Werkstofftechnik sehr viel schneller und kostengünstiger neue Werkstoffe und Bauteile zu entwickeln und zu produzieren. Ich gehe davon aus, dass die Digitalisierung sogar zum Schlüssel für neue Werkstoffsysteme wird.

Welche Perspektiven haben Werkstoffingenieure?
Hans-Jürgen Schäfer: Aufgrund der hohen Bedeutung von Werkstoffen haben Werkstoffingenieurinnen und -ingenieure derzeit und künftig sehr gute Chancen auf dem Arbeitsmarkt. Die Industrie sucht nach gut ausgebildeten Nachwuchskräften. Und die Einsatzgebiete von Werkstofffachleuten sind extrem breit. Vertreten sind alle Technikbranchen wie Automobiltechnik, Informationstechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Energietechnik, Medizintechnik. Fachleute sind nicht nur in der Industrie, sondern auch in Ingenieurbüros, Behörden, Forschungsinstituten und Prüfanstalten gefragt. <<

Nanotechnologie ist ein Sammelbegriff für eine ganze Reihe von wissenschaftlichen Disziplinen und technologischen Ansätzen. In diesen berühren und überschneiden sich die klassischen Wissenschaften, etwa Physik, Chemie und Biologie. Wer also über den Tellerrand einer einzigen Disziplin hinausschauen möchte und Lust auf interdisziplinäres Arbeiten hat, ist in der Nanotechnologie bestens aufgehoben.

Bei der Entwicklung und Herstellung von Halbleitern bewegt sich Infineon immer im Mikro- und Nanobereich. Die Fertigung von Mikrochips findet deshalb in Reinräumen statt, die um ein Vielfaches sauberer sind als ein Operationssaal. Mikro- oder Nanotechnologen prüfen und optimieren die Herstellungsprozesse und verwendeten Werkstoffe. Auf der Grundlage von Analysen geben sie fundierte Empfehlungen zu relevanten Prozessänderungen, Materialanpassungen oder zum Austausch von Fertigungsanlagen. Dafür ist oft der Einsatz von modernen Analysegeräten wie zum Beispiel REM oder TEM notwendig.

Als Hersteller von Metallpigmenten und -folien suchen wir immer wieder Werkstoffwissenschaftler, besonders der Ausrichtung Metallische Werkstoffe, für die Entwicklung und Anwendung hochkomplexer Analyseverfahren, aber auch für die Kundenbetreuung. Teamfähigkeit und sichere Fremdsprachenkenntnisse sind wichtig, da wir in allen Erdteilen aktiv sind. Die Zusammenarbeit mit Kollegen und Kunden aus allen Kulturkreisen erfordert auch hohe soziale Kompetenz, die zusammen mit der fachlichen Kompetenz den Geschäftserfolg sicherstellt.

Für die Berufe in dieser Arbeitswelt können im späteren Berufsleben beispielsweise folgende fachliche Kenntnisse gefragt sein:

  • Arbeitsvorbereitung
  • Beschichtungstechnik
  • Betriebsmitteleinsatz planen
  • Dokumentation
  • Entwicklung
  • Feinwerktechnik, Fertigungstechnik
  • Korrosionsschutz
  • Laborarbeiten, Labortechnik
  • Metallografie
  • Mikromechanik
  • Oberflächentechnik
  • physikalische Mess- und Prüfverfahren
  • Technische Mechanik
  • Werkstoffprüfung, Werkstofftechnik

Für die Berufe in dieser Arbeitswelt können im späteren Berufsleben beispielsweise folgende persönliche Anforderungen an dich gestellt werden:

  • analytische Arbeitsweise
  • Geduld
  • Kommunikationsstärke
  • Kreativität
  • Kritik-, Konfliktfähigkeit
  • Lernbereitschaft
  • Planungs- und Organisationsfähigkeit
  • Selbstorganisation
  • Sorgfalt
  • Teamfähigkeit
http://berufsfeld-info.de/abi/tbf/nano-und-werkstofftechnologie