Der Material-Architekt - Neuer Leiter des Empa-Labors für «Hochleistungskeramik»: Jakob Schwiedrzik
Maschinenbauer, Mechanikexperte, Knochenforscher, Materialwissenschaftler: Jakob Schwiedrzik hat ein vielseitiges Forschungsprofil. Seit einigen Monaten leitet er das Empa-Labor für Hochleistungskeramik. Mit seiner interdisziplinären Expertise, seinem Wissensdurst und seinem Tatendrang will er dem Forschungslabor und der Keramik als Material zu neuen Höhen verhelfen.
Auf die Frage, wie man denn seinen Namen richtig ausspricht, reagiert Jakob Schwiedrzik gelassen. «Schwirzik» sei nahe dran. «Die erste Silbe kommt aus dem Deutschen, die zweite aus dem Polnischen. Dadurch können ihn weder die Deutschen noch die Polen richtig aussprechen», lacht der hochgewachsene Wissenschaftler.
Wie sein Name bewegt sich auch Schwiedrzik selbst zwischen unterschiedlichen Bereichen: Materialwissenschaft, Maschinenbau, Mechanik, Medizin, Mathematik. Seit August 2024 leitet der Wissenschaftler das Empa-Labor für Hochleistungskeramik. An die Empa kam er bereits zehn Jahre zuvor, zuerst als Postdoktorand, später als Gruppenleiter im Labor für Werkstoff- und Nanomechanik in Thun, wo er zu Dünnschicht- und Mikromechanik forschte. Einer der Schwerpunkte seiner Forschungstätigkeit in dieser Zeit galt einem besonderen Material: Knochen.
Keramik im Körper
Von Knochen zur Keramik – ein weiter Sprung? Weniger weit als man denkt, sagt der 39-Jährige. «Knochen sind ein Kompositmaterial. Sie bestehen aus einem Biopolymer, Kollagen, und aus einem mineralischen Anteil, Hydroxyapatit, einer Biokeramik.» Viele Keramiken gelten daher als vielversprechend für biomedizinische Anwendungen, etwa für Implantate. Weitere Spezialkeramiken versprechen Durchbrüche im Leichtbau, in der chemischen Katalyse, in der Energiespeicherung und in der CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre. «Keramik ist super: leicht und steif, chemisch resistent und biologisch verträglich, temperaturbeständig und mit interessanten katalytischen Eigenschaften», zählt Schwiedrzik auf. Die Schwäche des «Supermaterials» liegt in seiner Mechanik: Keramik ist spröde und anfällig für Brüche.
In dieser Schwäche sieht Schwiedrzik grosses Innovationspotenzial. Der Materialwissenschaftler in ihm weiss: Die Zusammensetzung eines Materials ist nur die halbe Sache. Genauso wichtig ist seine Struktur. «Wenn man Keramik im Mikro- oder sogar Nanometerbereich richtig strukturiert, kann sie duktil werden und sich fast wie ein Metall verhalten», sagt er. Das ist noch eine Zukunftsvision – aber keine unerreichbare, ist der frisch gebackene Laborleiter überzeugt. Genau solche mikrostrukturierten Materialien, wie es in gewisser Weise auch Knochen sind, hat er mit seiner Forschungsgruppe «Architectured Materials» an der Empa in Thun im Detail untersucht und selbst entwickelt.
Diese Expertise steht nun voll und ganz dem Labor für Hochleistungskeramik zur Verfügung – eine gute Ergänzung, findet Schwiedrzik. «Die Entwicklung von neuen Materialien hat drei Komponenten: Prozess, Struktur und Eigenschaften», erläutert der Forscher. «Dank meinem Vorgänger Thomas Graule ist unser Labor im Bereich der Prozessentwicklung und des 3D-Drucks von technischen Keramiken sehr stark. Nun können wir diesen Schwerpunkt ergänzen mit meiner Expertise in der Erforschung der Zusammenhänge zwischen Struktur und insbesondere mechanischen Eigenschaften. Dazu kombinieren wir Simulation und experimentelle Ansätze.» Das Labor gewinnt durch seinen neuen Leiter ein breiteres Portfolio. Zugleich erweitert auch der Leiter seinen Horizont. «Die Interdisziplinarität hat mich schon immer motiviert», so Schwiedrzik.
Mut zu Neuem
Ein Blick auf seinen Lebenslauf bestätigt dies. Schwiedrzik hatte ursprünglich Maschinenbau an der Technischen Universität Wien studiert. «Ich begeisterte mich als Jugendlicher für Naturwissenschaften und Technik, insbesondere für die Luftfahrt», erzählt er. «Das Maschinenbaustudium erschien mir wie eine eierlegende Wollmilchsau: Es bot einen breiten Überblick über sehr viele Themen.»
Die Rechnung ging auf. Neben Thermo- und Fluiddynamik, Mechanik, Materialwissenschaften, Elektrotechnik und Informatik entdeckte der wissbegierige Student während des Masterstudiums eine Vorlesung zur Biomechanik von menschlichem Gewebe. «Das war die schwierigste Vorlesung, die ich in meinem Leben hatte», lacht Schwiedrzik. «Ich musste nicht nur die Anatomie von allen Geweben verstehen, sondern sie auch mathematisch beschreiben. Da war gefühlt Stoff für zwei Jahre in nur einem Semester.» Wo die meisten seiner Kommilitonen aufgaben, nahm er die Herausforderung an. «Es war sehr fordernd, aber auch sehr interessant. Oft war ich der einzige Student, der die Übungen machte. Dementsprechend hatte ich auch eins-zu-eins Nachbesprechungen mit dem Professor», erinnert er sich.
Diese Hartnäckigkeit wurde zu Schwiedrziks Sprungbrett in die akademische Karriere; der Professor, Philippe Zysset, zu seinem Doktorvater. Er promovierte auf dem Gebiet der Knochen-Biomechanik. Als Zysset 2011 von der TU Wien an die Universität Bern wechselte, folgte ihm der junge Doktorand in die Schweiz. Schon kurz darauf lernte er an einer Konferenz Johann Michler kennen, den Leiter des Labors «Werkstoff- und Nanomechanik» an der Empa in Thun. Die beiden Forscher begannen eine interdisziplinäre Zusammenarbeit. Nach der Promotion stiess Schwiedrzik zu Michlers Team und damit zur Materialwissenschaft. Ein roter Faden in seinem Leben als Forscher: «Jeder Karriereschritt war auch ein Sprung ins kalte Wasser», schmunzelt er.
Solche Sprünge findet er zum Glück erfrischend – sowohl in der Forschung als auch buchstäblich, im Schwimmbad, das er gerne mit seinen zwei Kindern, sieben und neun Jahre alt, besucht. «Familienzeit ist der beste Ausgleich für mich», sagt Schwiedrzik. Ausgleich braucht es, denn die Ansprüche an einen Laborleiter sind vielseitig. «Ich muss mir ganz bewusst auch Zeit zum Nachdenken einplanen, anstatt nur von einem Meeting zum nächsten zu eilen», so Schwiedrzik.
Mit Brücken zum Erfolg
Den neuen administrativen Aufgaben stellt sich Schwiedrzik mit derselben Neugier und Motivation, wie den neuen Themen in der Forschung. Bereits an der Empa in Thun übernahm er zusätzliche Rollen wie die Berufsbildung von Physiklaborantinnen und -laboranten sowie Mitarbeit in der Betriebssanität.
Im Herzen bleibt Schwiedrzik aber ein Forscher. Seine eigene Forschungsgruppe «Architectured Materials» führt er weiter, neu als Teil des Keramiklabors. «So stärken wir auch die Zusammenarbeit zwischen den Empa-Standorten in Dübendorf und Thun, was mich sehr freut», sagt der Leiter. Die unkomplizierte Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Laboren und Forschungsrichtungen – den «Team Spirit» – sieht er als eine der grössten Stärken der Empa. Die andere sei ihre Brückenfunktion zwischen Forschung und Industrie. «Wir machen exzellente Grundlagenforschung, die zugleich anwendungsorientiert ist – und versuchen sie auch gleich mit unseren Industriepartnern umzusetzen», sagt Schwiedrzik.
Gerade an der Keramik ist das Interesse aus der Industrie gross, insbesondere in den Bereichen Umwelttechnik, Energie und Medizin. «Die Klimakrise, die Energiewende und die alternde Gesellschaft sind wichtige gesellschaftliche Herausforderungen, zu denen wir einen direkten Beitrag leisten können», betont der Laborleiter. Trotz der Vielzahl an Problemen, mit der unsere Gesellschaft derzeit konfrontiert ist, blickt Schwiedrzik optimistisch in die Zukunft, denn: «Eine Herausforderung ist immer auch eine Chance, sich weiterzuentwickeln.»
Werdegang
Jakob Schwiedrzik (*1986) leitet seit dem 1. August 2024 das Labor «Hochleistungskeramik» an der Empa in Dübendorf. Er studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Wien und promovierte anschliessend an der Universität Bern auf dem Gebiet der Festigkeitsuntersuchung von Knochen auf der Mikroskala. Sein Doktorat schloss er 2014 mit «summa cum laude» ab. An die Empa kam Schwiedrzik als Postdoc des Thuner Labors «Werkstoff- und Nanomechanik», wurde 2017 zum Wissenschaftler befördert und gewann noch im selben Jahr einen «Ambizione Grant» des Schweizerischen Nationalfonds (SNF). 2021 wurde er Gruppenleiter für «Architectured Materials», ebenfalls am Labor für Werkstoff- und Nanomechanik. Neben seiner wissenschaftlichen Tätigkeit an der Empa engagiert er sich als Dozent an der ETH Zürich, der EPFL und der Universität Bern.
Quelle: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA
11.8.2025
