Metamaterial bekommt "Buckel" nach Wunsch

Gedruckter Prototyp: Wölben wie bestellt. Bild: Anne S. Meeussen, leiden.edu

Forscher an der niederländischen Leiden University haben ein neues Metamaterial entwickelt, das sich bei äußeren Belastungen nur an ganz bestimmten, vorgegebenen Stellen wölbt. Der Rest des Materials dagegen bleibt unverändert. Die Wissenschaftler haben per 3D-Druck einen Prototypen gefertigt, der zeigt, dass ihr Metamaterial tatsächlich die erhofften Eigenschaften hat. Das könnte beispielsweise zu Materialien führen, die sich bei Temperaturänderungen auf eine ganz bestimmte Weise verformen.

Metamaterialien sind geometrisch und topologisch gezielt so aufgebaut, dass sie ungewöhnliche Materialeigenschaften haben. Die wohl bekanntesten Beispiele sind verschiedene "Tarnkappen"-Ansätze, doch auch viele andere Eigenheiten sind denkbar. Die Forscher in Leiden haben sich beispielsweise topologische Isolatoren zum Vorbild genommen. Diese haben sehr ungewöhnliche elektrische Eigenschaften, die das Team quasi auf makroskopische Strukturen übertragen hat. "Das Design beginnt anhand dieser Analogie mit einer allgemeinen Idee, einem physischen 'Buckel'", so der Physiker Jayson Paulose. Dabei sei sicher, dass das Resultat interessante Eigenschaften hat.

Das Team ist davon ausgegangen, dass ihr Design dazu führt, dass sich das Material bei Belastung an bestimmten, gezielt vorherbestimmbaren Stellen wölbt. Um das nachzuweisen, haben die Forscher auf ein Modell aus dem 3D-Drucker gesetzt. "Wir haben erwartet, dass es etwas Versuch und Irrtum brauchen wird, ehe unser Design funktioniert", meint Paulose. Doch schon die ersten Prototypen, die das beauftragte 3D-Druckunternehmen geleifert hat, zeigen genau jene örtlich begrenzte Wölbung, mit der das Team gerechnet hat.

Formgedächtnis-Materialien

Materialien, die sich so selektiv wölben, haben den Forschern nach breites Potenzial in Technik und Medizin. Denn es ist möglich die Verformung zu steuern, ohne andere Materialeigenschaften wie Strom- oder Wärmeleitfähigkeit zu beeinflussen. Eine mögliche Anwendung gibt es demnach bei sogenannten Formgedächtnis-Materialien. Diese kehren unter bestimmten Voraussetzungen - oft Wärmeeinwirkung - in eine frühere Form zurück, an die sich die Materialien quasi "erinnern". Wenn sich nun ein Bereich eines solchen Materials selektiv wölbt, könnte er völlig anders reagieren als der Rest. Das verspricht Ingenieuren neue Möglichkeiten bei der Arbeit mit Formgedächtnis-Materialien.

Quelle: www.pressetext.com/Thomas Pichler