Exploration bezeichnet in der Werkstoffwissenschaft systematische Strategien zur Erkundung des chemischen und strukturellen Raums, um neue oder verbesserte Werkstoffe zu identifizieren. Im Zentrum steht die Suche nach bislang unbekannten Zusammensetzungen, Phasenfeldern oder Mikrostrukturen mit gezielt eingestellten Eigenschaften.

Klassisch erfolgt Exploration durch schrittweise Variation von Legierungszusammensetzungen, Wärmebehandlungsparametern oder Prozessbedingungen (z. B. in Zustandsdiagramm- und Phasengleichgewichtsstudien). Mit zunehmender Komplexität multikomponentiger Systeme stößt diese serielle Herangehensweise jedoch an Grenzen, da der chemische Raum hochdimensional ist.

Moderne Explorationsansätze kombinieren daher High-Throughput-Experimente, automatisierte Charakterisierung und datengetriebene Methoden. Die rechnergestützte Exploration nutzt ab initio-Rechnungen, CALPHAD-Modellierung und maschinelles Lernen, um vielversprechende Zusammensetzungs- und Prozessräume vorab einzugrenzen. Aktive Lernstrategien wählen gezielt jene Experimente aus, die den Informationsgewinn maximieren, und koppeln so Simulation und Experiment iterativ.

Ein Kernkonzept ist die Exploration des chemischen Raums: Die Menge aller möglichen Kombinationen von Elementen, Stöchiometrien und Gittertypen wird hinsichtlich Stabilität, Synthesefenster und Funktionalität (z. B. mechanische, elektronische oder elektrochemische Eigenschaften) durchsucht. Dies unterscheidet sich von Exploitation, also der Feinanpassung bereits etablierter Systeme.

Für die Entwicklung komplexer Werkstoffklassen wie Hochentropielegierungen, Festkörperionenleiter oder Funktionskeramiken ist eine effiziente, systematische Exploration entscheidend, um Innovationszyklen zu verkürzen und die enorme Kombinatorik des chemischen Raums beherrschbar zu machen.