Komplexität in Werkstoffen beschreibt die Vielschichtigkeit struktureller, chemischer und funktionaler Merkmale, die das makroskopische Verhalten eines Systems bestimmen. Im Gegensatz zu einfachen Systemen, deren Eigenschaften aus wenigen Variablen direkt ableitbar sind, resultiert Werkstoffkomplexität oft aus vielen stark gekoppelten Freiheitsgraden über mehrere Längenskalen.

Wesentliche Beiträge zur Komplexität ergeben sich aus: (i) chemischer Komplexität (Mehrkomponentensysteme, hohe Entropie, lokal variierende Zusammensetzung), (ii) struktureller Komplexität (Phasenvielfalt, Defektdichte, Hierarchien von Nano‑ bis Makroskala) und (iii) funktionaler Komplexität (nichtlineare, zeitabhängige und gekoppelter Transport‑ und Reaktionsprozesse). Das Zusammenwirken dieser Aspekte führt häufig zu emergenten Eigenschaften, etwa in Hochentropielegierungen, komplexen Oxiden oder funktionalen Polymernetzwerken.

Die Quantifizierung von Komplexität erfordert geeignete Metriken, z. B. entropiebasierte Maße für chemische Belegungen, topologische Deskriptoren für Mikrostrukturen oder Informationsmaße für Konfigurationsräume. Fortschritte in Hochdurchsatz‑Simulation, ‑Experiment und datengetriebener Modellierung ermöglichen es zunehmend, komplexe Werkstoffsysteme systematisch zu erkunden und zu optimieren.

Das Verständnis von Komplexitäten ist entscheidend für die gezielte Eigenschafteneinstellung, da lineare Ursache‑Wirkungs‑Beziehungen oft nicht mehr ausreichen. Stattdessen gewinnen multiskalige Modelle, maschinelles Lernen und Unsicherheitsquantifizierung an Bedeutung, um das Verhalten hochkomplexer Werkstoffe verlässlich vorherzusagen.