In der Werkstoffkunde bezeichnet der Begriff Substitution den Austausch von Atom- oder Ionengruppen in einem Material. Substitution kann verwendet werden, um die Eigenschaften eines Grundwerkstoffs gezielt zu verändern und zu verbessern. Dieser Prozess ist entscheidend für die Entwicklung von Legierungen, Keramiken und anderen fortschrittlichen Materialien.

Ein häufiger Typ der Substitution ist die Kationensubstitution, bei der Kationen (positiv geladene Ionen) in einem Kristallgitter durch andere Kationen ersetzt werden. Diese Methode wird oft verwendet, um die elektrische Leitfähigkeit, die mechanische Stärke oder andere spezifische Eigenschaften eines Materials zu optimieren. Zum Beispiel wird in der Halbleiterindustrie oft Silicium durch Germanium substituiert, um die Effizienz elektronischer Geräte zu verbessern.

Ein weiterer wichtiger Begriff in diesem Zusammenhang ist der Substitutionsgrad. Er beschreibt das Ausmaß, in dem die Substitution stattgefunden hat. Ein hoher Substitutionsgrad bedeutet, dass ein großer Anteil der ursprünglichen Atomgruppen durch andere ersetzt wurde. Dies kann zu signifikanten Veränderungen der Materialeigenschaften führen.

Sauerstoffsubstitutionen sind ein spezieller Fall der Substitution, bei denen Sauerstoffatome in Oxidmaterialien durch andere Atome oder Moleküle ersetzt werden. Dies ist besonders in der Keramik- und Umwelttechnik von Interesse, da so oft die thermische Stabilität oder die chemische Resistenz eines Materials verbessert werden kann.

Substitution bietet somit eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Eigenschaften von Materialien gezielt anzupassen und neue Werkstoffe für unterschiedliche Anwendungen zu entwickeln. Durch das gezielte Ersetzen bestimmter Atomgruppen lassen sich viele Vorteile erzielen, die in herkömmlichen Werkstoffen nicht oder nur schwer erreichbar wären.