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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat im März ein auf fünf Jahre angelegtes Förderprojekt bewilligt, dessen Ziel die Entwicklung neuartiger Verfahren für die Computersimulation moderner Werkstoffe und ihr Transfer in die industrielle Forschung ist. Solche Simulationen ermöglichen es, Eigenschaften neuer Keramiken, Gläser oder Kunststoffe vorherzusagen und besser zu verstehen. Das Kompetenzzentrum "Werkstoffmodellierung: Wege zum computergestützten Materialdesign" steht unter Federführung des Max -Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz. Weitere Teilnehmer sind Arbeitsgruppen der Institute für Physik der Universitäten Mainz und Heidelberg, des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart und des Forschungszentrums Jülich.
In vielen Bereichen von Wissenschaft und Technik ist die Computersimulation selbstverständlicher Teil der Forschung. Bei der Entwicklung neuer Autos werden wesentlich mehr Crash-Tests im Computer durchgerechnet als hinterher echte Prototypen im Versuch zerstört werden. Die Wetter- und Klimavorhersage verläßt sich seit Jahrzehnten auf Simulationen. Die Computersimulation ist aber auch längst in die Chemie, die pharmazeutische Forschung und die Materialentwicklung eingezogen.
Verbesserte Materialeigenschaften durch Simulation
Materialsimulationen haben zweierlei Nutzen. Zum einen lassen sich Eigenschaften von neuen Materialien berechnen, bevor diese hergestellt werden. Das erlaubt es, die kostenintensive Herstellung auf wenige aussichtsreiche Kandidaten zu konzentrieren: die Erweichungstemperaturen von Kunststoffen oder mineralischen Gläsern, die Gasdichtheit einer Verpackungsfolie, das Wirken eines Katalysators oder sogar die Aufnahmefähigkeit einer Babywindel lassen sich erfolgreich aus Simulationen erhalten. Solche Vorhersagen funktionieren oft sogar unter Bedingungen, unter denen experimentelle Messungen unmöglich, zu gefährlich oder viel zu teuer wären. So zum Beispiel bei den Herstellungstemperaturen (ca. 250 Grad Celsius) von Polycarbonat, dem Kunststoff, aus dem CDs hergestellt werden.
Zum anderen tragen Simulationen erheblich zum Verständnis der mikroskopischen Strukturen und Prozesse bei. Intelligent genutzt, verrät eine Simulation nicht nur, wieviel Flüssigkeit eine Babywindel aufnehmen kann, sondern auch wie die Flüssigkeit eindringt und welche Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs das Eindringen begünstigen. Dadurch erhält der Entwickler oft Hinweise, wie er durch Änderung z.B. der chemischen Struktur sein Produkt verbessern kann. Die Simulation ergänzt dabei Experiment und Messungen auf ideale Weise. Da in der Simulation die Position eines jeden Atoms zu jedem Zeitpunkt genau bekannt ist, können mikroskopische Vorgänge sehr detailliert untersucht werden.
Kompetenzzentrum des BMBF
Angesichts des Potentials, das Computersimulationen in der Materialentwicklung haben, hat sich das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) entschlossen, die Weiterentwicklung von Simulationsmethoden und ihren Transfer in die industrielle Forschung durch die Einrichtung des Kompetenzzentrums "Werkstoffmodellierung: Wege zum computergestützten Materialdesign" unter Federführung des Mainzer Max-Planck-Instituts (MPI) für Polymerforschung zu fördern. Der Umfang der öffentlichen Förderung wird fünf Millionen DM, verteilt auf fünf Jahre betragen. Neben dem MPI für Polymerforschung und dem Institut für Physik der Universität Mainz gehören das MPI für Festkörperforschung in Stuttgart, das Forschungszentrum Jülich und die Physik der Universität Heidelberg zu dem Forschungsverbund. "Die geförderten Arbeitskreise gehören auf ihrem jeweiligen Gebiet zur weltweit führenden Gruppe. Gemeinsam decken sie ein breites und für die forschende, produzierende und verarbeitende Industrie sehr wichtiges Methoden- und Anwendungsspektrum ab", versichert Professor Kurt Kremer, Direktor der Abteilung Theorie des MPI für Polymerforschung.
Der Technologietransfer in die Industrie wird durch Industriekooperationen der beteiligten Forschungszentren gesichert, wobei die Industrie noch einmal etwa fünf Millionen DM in die Zusammenarbeit einbringt. Damit werden an den beteiligten Instituten eine Reihe hochqualifizierter Arbeitsplätze geschaffen. Die gegenwärtigen Industriepartner (Bayer, BASF, Glaswerke Schott, sowie die niederländische DSM) waren schon bei einem Vorläuferprojekt "Simulation komplexer Materialien" dabei. Dessen verwertbare Ergebnisse haben sie überzeugt, sich diesmal von Anfang an zu beteiligen. Der Verbund ist offen für weitere Industriepartner.
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects
German
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