Spuma de metal cu memorie

In lumea materialelor comerciale, mai usor si mai ieftin inseamna, de regula, mai bine; in special atunci cand aceste atribute sunt cuplate cu rezistenta superioara si proprietati speciale c 959j95j um ar fi abilitatea materialului de a-si reaminti forma originala dupa ce a fost deformat de o forta fizica sau magnetica.

Natura poroasa a aliajului de nichel-mangan-galiu ii confera proprietati cu 'memorie de forma.' Materialul se alungeste cu pana la 10% cand este supus unui camp magnetic. Cercetatorii finantati de NSF considera ca aliajul poros are un mare potential pentru utilizari care necesita greutate mica si deformare mare, cum ar fi aplicatiile spatiale si industria automobilelor, sau in dispozitive miniaturizate pentru control sau pompe biomedicale fara componente in miscare.
Credit: P. Müllner, M. Chmielus si S. Donovan, Boise State University, D. Dunand si Y. Boonyongmaneerat, Northwestern University.

O noua clasa de materiale cunoscuta sub numele de 'spume magnetice cu memorie de forma' a fost dezvoltata de doua echipe de cercetare conduse de Peter Müllner de la Boise State University si David Dunand de la Northwestern University, ambele finantate de National Science Foundation (NSF).

Spuma consta dintr-un aliaj de nichel-mangan-galiu a carui structura se aseamana cu a unui burete cu mici spatii goale intre 'flaminaje' curbe de material. Flaminajele au o structura care se poate alungi, sau deforma, cu pana la 10 la suta atunci cand se aplica un camp magnetic.

Deformarea este masura in care un material isi schimba dimensiunile sub sarcina. In acest caz forta provine dintr-un camp magnetic si nu dintr-o incarcare mecanica.

Forta exercitata de campurile magnetice poate fi aplicata pe o zona extinsa, ceea ce le face utile pentru multe aplicatii. Aliajul retine noua forma atunci cand campul magnetic este anulat, insa structura atomica care este sensibila magnetic revine la structura originala cand campul magnetic este rotit 90 de grade - un fenomen numit 'memorie de forma magnetica.'

Realizarea de monocristale mari din aliajul respectiv dureaza mult timp si este prea scumpa pentru a fi viabila comercial, motiv pentru care cercetatorii folosesc aliaje policristaline, care contin cristale multiple de mici dimensiuni.

Materialele policristaline traditionale nu sunt poroase si manifesta deformari aproape nule datorita constrangerilor mecanice la limitele dintre cristalele componente.

In contrast, un singur cristal manifesta o deformare mare fiindca nu exista delimitari interne. Prin introducerea de spatii goale in aliajul policristalin, cercetatorii au realizat un material poros care are contrangeri mecanice interioare reduse si manifesta o deformare destul de mare.

Cercetatorii au obtinut noul material prin turnarea aliajului topit intr-o piesa de sare de aluminat de sodiu. Dupa racirea materialului au scos sarea cu ajutorul unui acid, lasand in urma goluri.

Aliajul pros a fost apoi expus unui camp magnetic rotativ. Nivelul deformarii atinse dupa fiecare dintre cele peste 10 milioane de rotatii este consistent cu cele mai bune actuatoare magnetice utilizate curent, iar Müllner si Dunand se asteapta sa imbunatateasca semnificativ deformarea dupa ce vor optimiza arhitectura spumei.

'Aliajul de baza este un material cunoscut anterior, insa nu a fost foarte eficient pentru aplicatii care necesita memorie de forma,' a spus Dunand. 'Natura poroasa a materilului amplifica efectul de schimbare a formei, ceea ce il face un bun candidat pentru mici dispozitive de control al miscarii sau pompe biomedicale fara componente in miscare.'

Directorul de program de la NSF este de acord. 'Este prima spuma care demonstreaza proprietati magnetice cu memorie de forma - are un potential foarte mare pentru utilizari care necesita o deformare mare si greutate mica cum ar fi aplicatii spatiale sau in industria automobilelor. Aceste materiale sunt capabile sa realizeze mai mult cu mai putin aliaj data fiind structura poroasa, si ofera noi posibilitati pentru dezvoltarea de noi materiale.'

Lucrarea a fost finantata de NSF pentru extinderea cunoasterii in domeniul proprietatilor microstructurale ale aliajelor cu memorie de forma influentate de campuri magnetice si pentru dezvoltarea de noi materiale poroase cu memorie de forma.