Stress verfestigt flexibles Material wie Muskel

Test des neuen Materials. Bild: Christopher Gannon, iastate.edu

Wenn man ein Material, das Forscher der Iowa State University in Ames entwickelt haben, krümmt oder verdreht, versteift es sich wie ein Muskel, der angespannt wird. Labortests haben gezeigt, dass das Material das 50-Fache seines Gewichts tragen kann, wenn es gestresst wird. Es benötigt keinerlei Einflüsse von außen wie andere Materialien, bei denen ähnliche Änderungen auftreten, wenn sie mit Licht bestrahlt oder erwärmt werden.

Breite Anwendungspalette

Die beiden Professoren Martin Thuo and Michael Bartlett sehen Anwendungsmöglichkeiten in Medizin und Industrie. Es könnte zartes Gewebe oder Sensoren vor Beschädigungen bewahren und in Robotern eingesetzt werden. Außerdem sei das Material als Komponente von tragbarer Elektronik geeignet.

Thuo hat seine Expertise bei Mikropartikeln aus Flüssigmetallen eingebracht, Bartlett ist Experte für weiche Materialien wie Gummi, Plastik und Gel. Gemeinsam fanden sie einen kostgünstigen Weg, Teilchen aus unterkühltem Metall herzustellen. Dabei handelt es sich um Metalle, die beim Unterschreiten der Erstarrungstemperatur flüssig bleiben. Die winzigen Partikel - sie sind nur einige Millionstel Meter groß - entstehen, wenn Metalltröpfchen in eine Sauerstoffatmosphäre rieseln. Sofort überziehen sie sich mit einer Oxidschicht. Dadurch bleibt das Innere des Tröpfchens flüssig.

Ein künstlicher Quasi-Muskel

Das war der erste Schritt auf dem Weg zum künstlichen Quasi-Muskel. Der zweite bestand darin, ein Verfahren zu entwickeln, um die Tröpfchen in ein elastisches Material zu integrieren, ohne sie dabei zerbrechen zu lassen. Wenn diese Objekte gestresst, also verbogen oder anderweitig belastet werden, zerbrechen die Kügelchen. Das unterkühlte Metall im Inneren strömt aus und erstarrt blitzschnell. "Im Inneren entsteht ein stabiles Gerüst", sagt Bartlett.

Die Belastung, wodurch die Kügelchen platzen, lässt sich variieren. Das gelingt, wenn man unterschiedliche Metalle nimmt, die Größe der Teilchen verändert oder eine andere flexible Matrix einsetzt. Die ersten Kügelchen gestanden aus einer Legierung von Wismut, Indium und Zinn. Doch es gehe grundsätzlich mit allen Metallen, sagt Thuo. "Welches auch immer unterkühlt wird: Das Ergebnis ist prinzipiell das gleiche. Ein Gerät, das mit diesem Material geschützt wird, kann bis zu einem gewissen Grad belastet werden. Erst wenn der Druck zu groß wird, versteift es sich", verdeutlicht Bartlett abschließend.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens