Kupfer (Cu) ist ein technisch wie wissenschaftlich zentraler Werkstoff, dessen Bedeutung primär auf seiner hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, guten Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit beruht. In Reinform (Reinkupfer, hochleitfähiges Kupfer) erreicht es elektrische Leitfähigkeiten von über 100 % IACS und dient als Referenzwerkstoff für Leiteranwendungen.

Die Mikrostruktur – insbesondere Korn­größe und Textur in poly­kristallinem Kupfer – steuert mechanische Festigkeit, Kriechverhalten und Ermüdungsbeständigkeit. Kaltverformung und anschließendes Rekristallisationsglühen erlauben eine gezielte Einstellung von Festigkeit und Leitfähigkeit, wobei Legierungs­elemente (z.B. Ag, Sn, Zn) Defektstrukturen und Streumechanismen für Elektronen und Phononen beeinflussen.

Poröse und nanoporöse Kupferstrukturen gewinnen für Katalyse, Sensorik und elektrochemische Anwendungen (z.B. CO₂-Reduktion, Batterien) an Bedeutung. Hier sind spezifische Oberfläche, Ligamentgröße und Porenverteilung entscheidend für Transportprozesse und Reaktivität. Die mechanische Stabilität solcher Netzwerke wird durch Oberflächenenergie, plastische Deformation in Nanoligamenten und mögliche Oxidationsprozesse bestimmt.

In Verbindungstechnologien wie Direct-Bonded Copper (DBC) wird Kupfer direkt mit keramischen Substraten (z.B. Al₂O₃, AlN) verbunden, um hochstromfähige, wärmeleitfähige und zugleich elektrisch isolierende Leistungsmodule zu realisieren. Hier stehen thermomechanische Spannungen infolge des Ausdehnungskoeffizienten, Grenzflächenreaktionen und Diffusionsprozesse im Fokus.

Historisch reicht die Nutzung antiker Kupferwerkstoffe von nahezu reinem Kupfer bis zu frühen Legierungen (Bronzen). Moderne Forschung adressiert neben klassischer Metallkunde zunehmend nanoskalige Phänomene, Korrosionsmechanismen, Grenzflächenengineering und die Kombination von Kupfer mit funktionalen Beschichtungen und Mikrostrukturgradients für Hochleistungsanwendungen.