Inkorporation in Festkörpern und Werkstoffsystemen

Inkorporation bezeichnet in der Werkstoffwissenschaft die gezielte oder unbeabsichtigte Einlagerung von Atomen, Ionen, Molekülen oder Partikeln in eine bestehende Matrixphase. Sie kann auf atomarer Skala als Substitutions‑ oder Zwischengitterlösung erfolgen oder mesoskopisch als Einbindung diskreter Partikel (z. B. Mikrogele, Graphit, Kalziumphosphat) in Polymere, Metalle oder Keramiken.

Auf atomarer Ebene bestimmt die Inkorporation von Fremdatomen Gitterparameter, Defektstruktur, Phasengleichgewichte und damit zentrale Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Diffusionskoeffizienten, Korrosionsverhalten und mechanische Festigkeit. Typische Beispiele sind die Dotierung von Halbleitern oder die Einlagerung von Legierungselementen in metallische Gitter.

Partikuläre Inkorporation, etwa von Mikrogelen in Polymernetzwerke, Graphit in Metall‑ oder Polymermatrices oder Kalziumphosphat in biologische oder bioinspirierte Verbundwerkstoffe, führt zu hierarchischen Strukturen. Dabei beeinflussen Partikelgröße, Oberflächenchemie, Grenzflächenhaftung und Volumenanteil maßgeblich die resultierenden mechanischen, thermischen und funktionellen Eigenschaften (z. B. Reibverhalten, Biokompatibilität, Leitfähigkeit).

Thermodynamisch wird Inkorporation durch Löslichkeitsgrenzen, chemische Potentiale und Grenzflächenenergien gesteuert, kinetisch durch Diffusion, Keimbildung und Wachstum. Experimentell werden Inkorporationsprozesse u. a. über Diffusionsglühen, Sol‑Gel‑Verfahren, Co-Fällung, In-situ-Polymerisation oder physikalische und chemische Gasphasenabscheidung realisiert und mittels Techniken wie TEM, EDX, XRD oder Sekundärionenmassenspektrometrie charakterisiert.

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