Formgedächtnisschaum

Überraschende wissenschaftliche Forschungsergbnisse lassen vermuten, dass es neue Formgedächtnisanwendungen geben wird
Von Virginia Heffernan

Nickel Magazine, März 2008 -- Amerikanische Forscher behaupten, einen günstigeren, schnelleren und energieeffizienteren Weg zur Herstellung von Formgedächtnislegierungen gefunden zu haben, indem sie zusätzlichen Raum zwischen den einzelnen Kristallen schaffen.

Experten der Schaumwissenschaften an der Northwestern Universität und für Formgedächtnis der Boise State Universität teilen sich diesen Durchbruch, indem sie eine Nickel-Mangan-Gallium Legierung in einen Schaum verwandeln, der seine Form verändert, wenn er einem magnetischen Feld zugeführt wird, und dann in seine Ursprungsform zurückspringt, wenn die Polarität des Feldes umgekehrt wird.

Dieser Schaum könnte komplizierte Maschinen mit einem viel einfacheren Design und weniger Bestandteilen ersetzen, die Effizienz von kleinsten Geräten zur Bewegungskontrolle verbessern, oder durch Beschleunigung der Ventilbewegung die Emissionen von Verbrennungsmaschinen besser steuern.

„Europäische Automobilhersteller versuchen Ventile mit einem auf magnetischen Formgedächtnislegierungen basierendem Mechanismus zu entwickeln,“ sagt Prof. Peter Müllner der Boise State Universität. „Bei dieser Anwendung ist die Beschleunigung im Vorgang entscheidend.“

Eine der Hauptvorteile von magnetischen Formgedächtnislegierungen vis-a-vis der temperaturgesteuerten Art ist eine schnellere Reaktionszeit. Ein weiterer Vorteil besteht in der Fähigkeit, sie aus der Distanz aktivieren zu können. Sie könnten so für biomedizinische Anwendungen wie z.B. beim Öffnen einer Arterie mit einem Stent potenziell nützlich sein.

Allerdings funktionieren diese Werkstoffe bisher nur als einfache Kristalle, dessen Wachstum sehr teuer und kompliziert ist.

Das Northwestern-Boise Team nahm sich also vor, einen Werkstoff, der den exzellenten Verformungseigenschaften eines Nickel-Mangan-Gallium Kristalls nahekommt, zu kreieren, ohne in die Unkosten, den Zeit-und Energieaufwand für die Prodkution einzelner Kristalle investieren zu müssen.

Um dieses Ziel zu erreichen, gossen Prof. David Dunand und Dr. Yuttanant Boonyongmaneerat am Northwestern Werkstoffwissenschaften und Engineering Department geschmolzenes Nickel-Mangan-Gallium zu einem porösen Presskörper aus Natriumaluminatpulver. Mehr als die Hälfte des geschmolzenen Materials beteht aus Nickel. Nach der Erstarrung des Metalls wurde das Oxid aus der Saeure extrahiert, wodurch große Lücken in der Legierung entstanden.

Der so entstandene/resultierende Metallschaum sieht aus wie ein Stück Schaumkaramel, dessen Lücken Bewegung der individuellen Kristalle erlaubt. In einem typischen polykristallinen Metall hingegen strecken sich die Kristalle in Anwesenheit eines magnetischen Feldes entlang verschiedener Richtungen und heben gegenseitig ihre Bewegung auf.

Als Müllner und sein Assistent Markus Chmielus den Schaum einem magnetischen Feld zugeführt hatten, verformte er sich um 0,12% - nicht annähernd so viel wie ein einzelnes Kristall, aber trotzdem ein Grund zum Feiern, nachdem dieser Verformungsbereich 60mal größer ist als man vordem in einem Polykristall beobachten konnte.

“Diese Resultate werden neue Forschungsgebiete mit industrieller Bedeutung erschließen, “ laut Müllner.

Der Hauptkonkurrent für den neuen Metallschaum is Terfenol D, eine andere ferromagnetische Legierung, die für militärische Sonargeräte entwickelt wurde. Sie konveriert magnetische Felder in mechanische Kraft, besitzt aber nur eine maximale Verformungsrate von 0,12%. Falls Dunand und Müllner mit ihrem neuen Schaum Verbesserungen erzielen können, dann würden sie eine leichtere, günstigere und effizientere Alternative für Anwendungen wie Regler und magnetisch-mechanische Sensoren anbieten können.

Virginia Heffernan ist eine in Toronto ansässige freiberufliche Autorin für wissenschaftliche Beiträge.

Fotos: Boise State University

<< Voriger   --   Nächster >>