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
DPA

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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

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insgesamt 5 Beiträge
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Worldwatch 02.10.2013
1. Bislang war nur Silber ein gaengiges Verbrauchsedelmetal
Investitionen in Gold machen nun mehr Sinn.
Moridin 02.10.2013
2.
Die Erklärungen im Artikel finde ich unzureichend. Bisher dachte ich, dass Memory-Materialien dadurch gekennzeichnet sind, dass sie unter bestimmten Bedingungen eine vollkommen andere Form annehmen und dann wieder in ihre Ausgangsform übergehen können, was hier ja nicht der Fall zu sein scheint. Geht es hier nur darumm, dass diese Legierung besonders widerstandsfähig gegenüber Temperaturschwankungen ist? Was hat das aber mit dem Memory-Effekt zu tun?
vandenplas 02.10.2013
3. Alte Erfindung des Naval Ordnance Labors
Ein Labor der US Navy hat in den 70ern Nitinol entwickelt - eine Nickel-Titanium Legierung die bei einem Temperaturunterschied von ungefähr 25°C in ihre ursprüngliche "memorisierte" Form zurückkehren konnte. Interessant war, dass das Labor dann auch noch einen Motor präsentierte der mit unterschiedlich temperiertem Wasser betrieben wurde. Leider ist das alles etwas in Vergessenheit geraten. Man bedenke welches Potenzial zur mechanischen Energieerzeugung durch Abwärme gegeben wäre...
smst0123 03.10.2013
4. inner Struktur verändert
Die innere Struktur dieser neuen Legierung verändert sich bei einem Zyklus drastisch. Das heißt, dass die Kristalle sich neu anordnen und das Metall trotzdem äußerlich zur alten Form zurückkehrt. Bisherige Legierungen haben offensichtlich ihre innere Struktur behalten, was dann - wie im Text beschrieben - auf Kosten der Haltbarkeit ging.
SATire 05.10.2013
5. Nitinol ist unvergessen...
Zitat von vandenplasEin Labor der US Navy hat in den 70ern Nitinol entwickelt - eine Nickel-Titanium Legierung die bei einem Temperaturunterschied von ungefähr 25°C in ihre ursprüngliche "memorisierte" Form zurückkehren konnte. Interessant war, dass das Labor dann auch noch einen Motor präsentierte der mit unterschiedlich temperiertem Wasser betrieben wurde. Leider ist das alles etwas in Vergessenheit geraten. Man bedenke welches Potenzial zur mechanischen Energieerzeugung durch Abwärme gegeben wäre...
Das "Gedächtnis" von Nitinol wird vielfältig genutzt. Zur Energieerzeugung natürlich nicht, denn ein Perpetuum Mobile ist das nicht. Man muss es ja schwer erneut verformen, bevor es wieder zurück schnicken kann...
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