Grenzflächen (interfaces) bezeichnen die Übergangsbereiche zwischen zwei unterschiedlichen Phasen, Körnern oder Bauteilen eines Systems, etwa zwischen Festkörpern, Festkörper und Flüssigkeit oder Festkörper und Gas. Sie sind keine mathematisch scharfen Trennlinien, sondern wenige Atomlagen bis Nanometer dicke Zonen mit eigener Struktur, Chemie und Thermodynamik.

Typen von Grenzflächen umfassen u. a. Korngrenzen in polykristallinen Werkstoffen, Phasengrenzen zwischen z. B. Matrix und Ausscheidungen, Grenzflächen zu Beschichtungen oder Verbundpartnern sowie Elektroden–Elektrolyt-Grenzflächen in Batterien (inkl. Festelektrolyt-Interphase, SEI).

Eigenschaften und Effekte: Grenzflächenenergie, -struktur und -chemie steuern Diffusion, Korrosion, Rissausbreitung, plastische Verformung, elektrische und ionische Leitfähigkeit sowie Benetzbarkeit und Adhäsion. Viele makroskopische Eigenschaften sind daher grenzflächenkontrolliert, etwa Kriechverhalten, Ermüdung oder elektrochemische Stabilität.

Charakterisierung und Analyse erfolgt mit hochauflösenden Methoden wie TEM, STEM-EDS/EELS, EBSD, Atomsonden-Tomographie sowie oberflächenempfindlichen Verfahren (XPS, SIMS). Diese Interface-Analyse erfasst Struktur, Segregationen, chemische Zustände und potentielle Reaktionsschichten.

Schnittstellenengineering (interface engineering) nutzt gezielte Modifikation von Grenzflächen – durch Legierung, Wärmebehandlung, dünne Zwischenschichten oder Oberflächenfunktionalisierung – zur Einstellung gewünschter Grenzflächeneigenschaften, z. B. erhöhter Haftfestigkeit, verbesserter Ionenleitfähigkeit oder unterdrückter Degradation. Damit sind Grenzflächen zentrale Designparameter moderner Funktions- und Strukturwerkstoffe.