21/03/2011 - Neue Metalllegierungen mit hoher Festigkeit und Empfindlichkeit entwerfen

Menéame

Ingenieure und Forscher an der Rutgers University haben eine neue Klasse von hochfesten Metalllegierungen identifiziert, die ein hohes Potenzial für die Entwicklung kleinerer und empfindlicherer elektronischer Sensoren und Geräte aufweisen. Dieser Fortschritt bei neuen Materialien hätte ein breites Anwendungsgebiet. Auf Pablo Javier Piacente.

Die Verwendung neuer hochfester nanostrukturierter Metalllegierungen könnte zur Entwicklung kleinerer und empfindlicherer elektronischer Geräte führen, die unter anderem in den Bereichen Biotechnik, Sicherheit, Soundtechnik und Maschinenbau eingesetzt werden. Der Fortschritt wurde von Ingenieuren und Wissenschaftlern der Rutgers University konkretisiert.

Nanostrukturierte Metalllegierungen werden bereits heute verwendet, aber diese Forschungsgruppe hat es geschafft, neue Eigenschaften zu entwickeln, die bisher nicht genutzt wurden, und so ein neues Aktionsfeld für eine neue Generation solcher Legierungen zu bilden.

Einige der Anwendungen dieser neuen, hochfesten, nanostrukturierten Metalllegierungen könnten Stents sein, die zur Behandlung von Krankheiten in den Koronararterien, hochempfindlichen Mikrofonen, leistungsstarken Lautsprechern, Geräten verwendet werden, die die Leistung von medizinischen Bildgeräten, Sicherheitssystemen und Dieselmotoren zum Beispiel erhöhen.

Diese breite Palette von Maßnahmen erhöht den Wert der neuen Eigenschaften, die von den Ingenieuren der Rutgers University in den nanostrukturierten Metalllegierungen entdeckt wurden, und öffnet den Weg zur Entwicklung von duktileren, widerstandsfähigeren und empfindlicheren Materialien. Der Fortschritt wurde durch einen Artikel der Fachmedien Physical Review Letters sowie durch eine Pressemitteilung der Rutgers University verbreitet.

Nach Angaben der Spezialisten Armen Khachaturyan und Weifeng Rao können Forschungsarbeiten ergeben, dass neue nanostrukturierte Metalllegierungen hundertmal empfindlicher sein können als die Materialien, die derzeit für dieselben Anwendungen verwendet werden.

Diese Art von Metallen mit eingebetteten Nanopartikeln können hohe Elastizitätsniveaus erreichen, zusätzlich zu der Fähigkeit, elektrische und magnetische Energie in Bewegung zu verwandeln oder umgekehrt. Auf diese Weise besitzen sie auch piezoelektrische Eigenschaften, eine Bedingung, die ihren Wirkungsbereich erweitert.

Die betreffenden Materialien werden durch das Abkühlen von Metallen gebildet, die hohen Temperaturen ausgesetzt waren. Diese Variation führt dazu, dass eingebettete Nano-Partikel die Phase wechseln, so dass das Metall unter angewendeter Spannung verformt wird, aber wieder seine Stabilität gewährleistet, indem es seine neue Form annimmt.

Eine Typologie dieser derzeit verwendeten funktionellen Materialien erzeugt eine elektrische Spannung, wenn das Material gebogen oder komprimiert wird. Im Gegenteil, das Material wird verformt, wenn es einem elektrischen Feld ausgesetzt ist. Diese Art von Materialien wird in Ultraschallgeräten, Audiokomponenten wie Mikrofone, Lautsprecher und Plattenspieler, Tintendruckerpatronen und verschiedene Arten von elektronischen Geräten verwendet.

Große Vorteile

In einer anderen Kategorie von heute verwendeten funktionellen Materialien sind die Veränderungen in den Magnetfeldern diejenigen, die das Material deformieren. Sie werden in Marinesonarsystemen, Pumpen, optischen Präzisionsgeräten, medizinischen und industriellen Ultraschallgeräten sowie Lärm- und Vibrationskontrollsystemen eingesetzt.

Die neuen Nanometalllegierungen, die von den Ingenieuren der Rutgers University erforscht werden, könnten in zahlreichen Anwendungen wirksamer sein als herkömmliche funktionelle Materialien, wie z. B. Koronar-Stents, die flexibel und elastisch sein müssen, ohne jedoch ihre Stabilität und Festigkeit zu verlieren.

In den piezoelektrischen Komponenten könnten neue Legierungen die Energieeffizienz traditioneller Materialien verbessern, die eine Energiequelle benötigen, um ihre ursprüngliche Form wiederherzustellen. Bislang haben Forscher an Computersimulationen gearbeitet, aber sie planen, die Ergebnisse über echte Metalle in naher Zukunft zu testen.

Zusätzlich zu einem potenziell viel effektiveren Verhalten als herkömmliche Materialien können neue Nano-Metalllegierungen viel duktiver sein, wenn es um Veränderungen in ihrer Form geht. Diese Forschung wurde von der National Science Foundation und dem US-Energieministerium finanziert.

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