Chemisch komplexe Materialien (CCMats) haben das Potenzial, funktionales Design mit langfristiger struktureller Stabilität und Nachhaltigkeitsaspekten zu vereinen, indem sie chemische Komplexität gezielt nutzen. Vertreter dieser Materialklasse finden sich in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfelder
Quelle: CC-BY
Chemisch komplexe Materialien (CCMats) – darunter Hochentropie Legierungen, Oxide und andere Mehrkomponentensysteme – eröffnen völlig neue Möglichkeiten in der Materialentwicklung. Ihre außergewöhnlich große chemische Vielfalt erlaubt es, funktionale Leistungsfähigkeit, strukturelle Stabilität und Nachhaltigkeit gleichzeitig zu optimieren. Doch die enorme Breite des chemischen und strukturellen Gestaltungsspielraums stellt Forschung und Industrie vor große Herausforderungen.
Unser neuer Perspektivartikel zeigt, wie sich dieses Potenzial gezielt erschließen lässt. Im Mittelpunkt stehen drei komplementäre Designstrategien: gezielte Substitution (SUB), Defekt Engineering (DEF) und Diversity Management (DIV). Zusammengenommen ermöglichen sie es, hohe Funktionalität mit langfristiger Stabilität und ökologischer Verantwortung zu verbinden – in Anwendungen von Wasserstoffspeicherung über Katalyse und Magnetik bis hin zu optischen und elektronischen Materialien sowie multifunktionalen Strukturwerkstoffen.
Moderne Methoden wie computergestützte Thermodynamik, Mikrostruktursimulationen, maschinelles Lernen und multimodale Charakterisierung beschleunigen die Entdeckung und Optimierung dieser Materialklasse. Gleichzeitig entstehen robuste Dateninfrastrukturen und automatisierte Synthese Workflows, die den Weg zu einer systematischen, datengetriebenen Materialentwicklung ebnen. Diese Perspektivartikel zeigt, wie chemische Komplexität zu einem zentralen Hebel für die nächste Generation nachhaltiger Hochleistungsmaterialien werden kann.
Chemically complex materials enable sustainable high-performance materials
Tilmann Hickel, Anja Waske, et al.
Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2026