Sensoren sind funktionale Bauelemente, die physikalische, chemische oder biologische Messgrößen in auswertbare elektrische oder optische Signale umwandeln. In der Werkstoffwissenschaft stehen dabei Aufbau, Mikrostruktur und Grenzflächen der Sensormaterialien im Vordergrund, da sie Empfindlichkeit, Selektivität, Stabilität und Langzeitdrift maßgeblich bestimmen.

Ein Sensor setzt sich typischerweise aus drei Materialfunktionen zusammen: (i) einem transduzierenden Material (z.B. piezoresistive Dünnfilme, ionenleitende Festelektrolyte, ferroelektrische oder magnetoelektrische Phasen), das die Primärwechselwirkung mit der Messgröße aufnimmt, (ii) Funktionsschichten zur Selektivität und Oberflächenchemie (Katalysatorschichten, funktionalisierte Polymere, Biorezeptoren in Biosensoren) sowie (iii) Substrat- und Packaging-Materialien, die mechanische, thermische und chemische Robustheit sichern.

Die Bandbreite reicht von Hochtemperatur-Sensorik auf oxidkeramischer Basis, über Gassensoren mit nanostrukturierten Oxiden, elektrochemische Sensoren mit Festelektrolyten und Referenzelektroden, bis hin zu faseroptischen und Dünnfilmsensoren für strukturelle Zustandsüberwachung. Magnetoelektrische Sensoren nutzen gekoppelte ferro- und magnetische Phasen zur hochsensitiven Feldmessung. In allen Fällen sind Defektchemie, Phasengrenzen, Korn- und Schichtgrenzen sowie Diffusionsprozesse entscheidend für Ansprechzeit, Detektionsgrenze und Alterungsverhalten.

Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf integrierte Sensornetzwerke, additiv gefertigte Sensorgeometrien, flexible Substrate sowie multiphysikalische Modellierung, um Sensoreigenschaften gezielt durch Werkstoffdesign vom Atom- bis zum Bauteilmaßstab zu optimieren.