Trotz der Tatsache, dass Formgedächtnismaterialien ein sehr gutes Potenzial für die Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen haben, weisen viele von ihnen ein Merkmal auf: Um ihre Form zu ändern, benötigen sie Wärme. Dies kann wiederum ein Problem für ihre Verwendung in temperaturempfindlichen Umgebungen wie dem menschlichen Körper sein. Die Neuentwicklung der Schweizer Wissenschaftler hat diesen Nachteil jedoch nicht, da das von ihnen erzeugte Material mit Formgedächtnis anstelle von Wärme eine magnetisch empfindliche Flüssigkeit verwendet. Über die Entwicklung wird in der Zeitschrift Advanced Materials berichtet.
Wie funktioniert Formgedächtnismaterial?
Das Material wurde von Wissenschaftlern des Schweizerischen Paul-Scherrer-Instituts und der Schweizerischen Technischen Hochschule Zürich entwickelt und basiert auf einem silikonhaltigen Polymer, in das Tropfen einer speziellen Flüssigkeit eingekapselt sind. Diese "magnetorheologische Flüssigkeit" besteht wiederum aus Wasser, Glycerin und winzigen Carbonylpartikeln. Die Zusammensetzung der Flüssigkeit ist ähnlich wie bei Milch, in der Fettpartikel in einer wässrigen Lösung dispergiert (gelöst) sind.
Im Normalzustand bleibt die Struktur des Materials weich und flexibel. Man muss es aber nur mit einem Magnetfeld beeinflussen, und die darin enthaltenen Flüssigkeitstropfen verlängern sich, und die darin enthaltenen Eisenpartikel richten sich entlang der Quelle des Magnetfelds aus. Dank dieser beiden Faktoren wird eine 30-fache Zunahme der Materialsteifigkeit beobachtet.
In der Praxis bedeutet dies, dass wenn Sie die ursprüngliche Form eines Materials festlegen und dann mit einem Magnetfeld darauf einwirken, es sich verfestigt und diese Form beibehält, bis die Wirkung des Magnetfelds aufhört. Sobald dies geschieht, kehrt das Material in seine ursprüngliche Form zurück und wird weich.
In früheren Studien haben Wissenschaftler bereits magnetisch aktivierte Formgedächtnismaterialien hergestellt, die aus Polymeren bestehen, die Metallpartikel enthalten. Laut den Schweizer Wissenschaftlern lässt die Besonderheit ihrer magnetorheologischen Flüssigkeit zu, dass ihr Polymer steifer wird.
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Wissenschaftler äußern mehrere mögliche Anwendungsfälle für ihr neues Material. Zum Beispiel können damit medizinische Katheter hergestellt werden, die ihre Steifigkeit ändern können, nachdem sie sicher in die Blutgefäße eingeführt wurden. Es kann verwendet werden, um selbstheilende Reifen für bodengestützte Forschungsraumfahrzeuge herzustellen, oder um Roboterkomponenten herzustellen, die sich ohne Motor bewegen können.
Nikolay Khizhnyak
