Mehr denn je wird die intelligente Anwendung innovativer Werkstoffe über die Zukunft vieler Unternehmen und sogar ganzer Technologiebranchen entscheiden. Wie schon in der Vergangenheit sind auch in Zukunft viele wegbereitende Entwicklungen nur durch neuartige Werkstoffe oder durch ein immer größeres Wissen über diese Werkstoffe erst möglich. So konnte z. B ein Transistor nur dadurch entwickelt werden, dass der Mensch das elektrische Zusammenwirken von unterschiedlichen Werkstoffbereichen verstanden hat und zusätzlich in der Lage war, solche Werkstoffbereiche auch gezielt herzustellen. Weitere Beispiele können in beliebiger Zahl aus allen Branchen genannt werden. Der modernen Werkstoffwissenschaft kommt daher als Querschnittstechnologie eine Schlüsselfunktion zu.
Die für ein Produkt entscheidenden makroskopischen Werkstoffeigenschaften basieren auf ihrer mikroskopischen, atomaren Struktur (z. B. Atomsorte, chemische Zusammensetzung, räumliche Verteilung der Atome, Defekteigenschaften, Bandstruktur, u.a.). Die Kenntnisse der atomaren Werkstoffeigenschaften liefern daher ein weitreichendes Verständnis des makroskopischen Verhaltens des entsprechenden Werkstoffes. Nur dadurch lassen sich maßgeschneiderte Werkstoffe herstellen.
Ziel dieser Vorlesung ist es, dem Studierenden ein Grundgerüst über die mikroskopischen Eigenschaften von Werkstoffen zu vermitteln und diese in Bezug zu den makroskopischen elektronischen, dielektrischen und magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes zu bringen.
1. Atomistische Grundlagen und chemische Bindung
1.1 Atomaufbau
1.2 Bohr'sches Atommodell
1.3 Quantenmechanisches Atommodell
1.4 Das Periodensystem der Elemente
1.5 Die chemische Bindung
1.6 Polymer-Werkstoffe
2. Der Festkörper
2.1 Allgemeine Eigenschaften
2.2 Aufbau kristalliner Werkstoffe
3. Bändermodell und elektrische Leitfähigkeit
3.1 Elektrische Leitfähigkeit
3.2 Bändermodell der elektronischen Zustände
3.3 Klassifizierung der Festkörper
4. Metalle
4.1 Das Fermigas der Leitungselektronen
4.2 Ohm'sches Gesetz
4.3 Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit und Supraleitung
5. Halbleiter
5.1 Übersicht
5.2 Die Bandlücke im Halbleiter
5.3 Eigen-Halbleiter
5.4 Störstellen-Halbleiter
5.5 Elektrische Leitfähigkeit im Halbleiter
5.6 Der pn-Übergang
6. Dielektrische Werkstoffe
6.1 Materialklassifizierung und Anwendungen
6.2 Makroskopische Kenngrößen
6.3 Mikroskopische Vorstellungen zur Polarisation
6.4 Piezo- und Ferroelektrika
7. Magnetische Werkstoffe
7.1 Grundbegriffe und Einteilung der Werkstoffe
7.2 Mikroskopische Vorstellungen zum Magnetismus
7.3 Diamagnetische Werkstoffe
7.4 Paramagnetische Werkstoffe
7.5 Ferromagnetika |
