Memory-Metall Legierung kehrt immer wieder in Urform zurück

Wenn Metalle häufig erhitzt und wieder abgekühlt werden, sieht man ihnen das an. Nicht so bei einer neuen Legierung aus Zink, Gold und Kupfer: Sie übersteht mindestens 16.000 Zyklen - völlig unbeschadet.
Extrem gehärteter Werkzeugstahl (Archivbild): Für Zukunftstechnologien sind innovative Materialien unentbehrlich

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Foto: Jan-Peter Kasper/ picture alliance / dpa

Eine stabile Metalllegierung mit sehr dauerhaftem Formgedächtnis haben amerikanische Forscher entwickelt. Das Material aus Zink, Gold und Kupfer könne 16.000-mal erhitzt und abgekühlt werden, ohne dass von außen ein Unterschied zur Urform erkennbar sei, berichten die Wissenschaftler um Richard James von der University of Minnesota im Fachmagazin "Nature".  Die Legierung sei damit deutlich haltbarer als andere Memory-Materialien, die beispielsweise für medizinische Sensoren, in der Mikroelektronik und für die Stromerzeugung eingesetzt werden.

Das Besondere des neuen Materials ist die sehr flexible Struktur des Kristallgitters, in das die Atome eingebunden sind. Mit Hilfe von Röntgenstrahlen und Mikroskopen fanden die Forscher heraus, dass sich bei jedem Zyklus (Erwärmen und Abkühlen) die Mikrostruktur stark verändert. Sie entdeckten unter anderem eine flussartige Struktur, die bisher noch in keinem vergleichbaren Material gesehen wurde. Gleichzeitig bleibe das Metallstück aber äußerlich nach jedem Zyklus unverändert, schreiben die Wissenschaftler.

Bei ihren Untersuchungen variierten James und Kollegen die Anteile von Gold an der Legierung. Zwar zeigte auch eine Legierung mit niedrigerem Goldanteil gute Memory-Eigenschaften, doch kehrte sie nach jedem Zyklus in dieselbe Gitterstruktur zurück. Die Legierung mit den Anteilen 45 (Zink), 30 (Gold) und 25 (Kupfer) hingegen änderte nach jedem Zyklus ihre innere Struktur drastisch.

Suche nach neuen Memory-Materialien

Die Beobachtungen zeigten, "dass das Material viele Möglichkeiten findet, nicht veränderliche Einschlüsse, Materialfehler und Ablagerungen während der Verformung unterzubringen", schreiben die Forscher. In anderen Legierungen hingegen führten die Spannungen an den Grenzschichten zwischen der Niedrigtemperatur- und der Hochtemperaturphase zu Mikrorissen und winzigen Verwerfungen. Daraus ergebe sich mit der Zeit eine Ermüdung des Memory-Effekts - normalerweise.

Richard James und sein Team haben ein Verfahren entwickelt, um die Grenzschichten zwischen den Phasen zu minimieren. Auf diese Weise können sie ganz gezielt nach neuen Memory-Materialien mit gewünschten Eigenschaften suchen.

che/dpa