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pte20191212002 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

"Wundermaterial" wechselt Form in Sekunden

Wissenschaftler betten winzige magnetische Partikel in ein Polymer mit Formgedächtnis ein


Testobjekte: flexibel, aber auch sehr robust (Foto: Shuai Wu, osu.edu)
Testobjekte: flexibel, aber auch sehr robust (Foto: Shuai Wu, osu.edu)

Atlanta/Columbus (pte002/12.12.2019/06:05) - Forscher des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) http://gatech.edu und der Ohio State University http://osu.edu haben ein neues "Wundermaterial" entwickelt, das binnen Sekunden seine Form wechseln kann. Möglich wird das mithilfe winziger magnetischer Partikel, die in ein spezielles weiches Polymer eingebettet sind. Dieses erwärmt sich bei Einwirkung eines Magnetfeldes, was es biegsam und formbar werden lässt. Kühlt es sich wieder ab, kann man damit Lasten heben, die bis zu 1.000 Mal schwerer sind als das Objekt selbst.

Drei individuelle Komponenten

"Dieses Material ist eine Mixtur aus drei unterschiedlichen Zutaten, die alle einzigartige Eigenschaften aufweisen", erklärt Jerry Qi, Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering der Georgia Tech. Dabei handle es sich um zwei Arten von magnetischen Partikeln - eine für induktive Hitze und eine für starke magnetische Anziehung - und ein Polymer mit Formgedächtnis. "Es ist das erste Mal, dass ein Werkstoff die Vorteile aller drei dieser individuellen Komponenten vereint", betont der Forscher.

Das Resultat sei ein völlig neuartiges System, das in der Lage ist, sein Aussehen binnen weniger Sekunden in verschiedene vorprogrammierte Formen zu bringen. "Das Ganze ist zudem auch noch äußerst stabil und der Prozess der Formveränderung bleibt vollständig reversibel", stellt Qi klar. Die Anwendungsmöglichkeiten seien aufgrund dieser besonderen Fähigkeiten "beinahe unbegrenzt", ist der Experte überzeugt. Als Beispiele verweist er etwa auf Antennen, die ihre Frequenzen nach Belieben jederzeit ändern können, oder auf robotische Greifarme, mit denen sich äußerst schwere oder heikle Gegenstände anheben und transportieren lassen.

Mixtur aus chemischen Elementen

Für die Herstellung ihres "Wundermaterials" haben Qi und sein Team zunächst Partikel einer Legierung der chemischen Elemente Neodym, Eisen und Bor sowie Eisenoxid in mehrere Polymere mit Formgedächtnis eingebettet. Die so entstandene Mixtur formten sie anschließend zu unterschiedlichen Objekten, deren besondere Materialeigenschaften im Zuge einer Reihe von Tests auf die Probe gestellt wurden.

Auf diese Weise stellten sie beispielsweise eine einfache kleine Greifklaue her. Sobald ein hochfrequentes oszillierendes Magnetfeld auf diese einwirkt, sorgen die integrierten Eisenoxid-Partikel dafür, dass sich das Objekt als Ganzes erwärmt. Die Erwärmung wiederum lässt die Struktur weich und biegsam werden. Mittels eines zweiten Magnetfelds lässt sich die Klaue öffnen und schließen. Ist das Polymer dann wieder abgekühlt, bleibt seine Form stabil und unverändert.



(Ende)
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