Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computergestützte Partnervermittlung für Formgedächtnis-Metalle

01.07.2010
RUB-Forscher entdecken Gedächtnis-Metall mit unerreichter funktioneller Stabilität / Titelstory in „Advanced Functional Materials“

Eine neue Formgedächtnis-Legierung mit bisher unerreichter funktioneller Stabilität haben Forscher des Instituts für Werkstoffe der Ruhr-Universität gemeinsam mit Kollegen aus den USA und Japan entwickelt. Sie stützten sich dabei auf eine theoretische Vorhersage und nutzten kombinatorische Methoden der Materialforschung, sog. Dünnschicht-Materialbibliotheken, um die optimale Zusammensetzung zu entwickeln. Das Ergebnis besteht aus vier Komponenten: Titan, Nickel, Kupfer und Palladium.

Von dem neuen Material versprechen sich die Forscher Bauteile mit stabilem Formgedächtniseffekt und langer Lebensdauer, z.B. für Anwendungen in der Medizintechnik wie Stents. Sie berichten in der aktuellen Ausgabe des renommierten Journals „Advanced Functional Materials“, das ihren Beitrag als Titelstory auswählte.

Formgedächtnislegierungen

Formgedächtnismaterialien kehren nach einer mechanischen Verformung bei Erwärmung in ihren Ausgangszustand zurück (Formgedächtniseffekt), oder ermöglichen bis zu ca. 10 % vollständig „elastische“ Dehnungen (Superelastizität). Die erstaunlichen Effekte basieren auf einer umkehrbaren martensitischen Phasenumwandlung: Die Kristallstruktur verändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur oder Spannung. Allerdings gehen diese Veränderungen nicht spurlos am Material vorbei. Die wiederholten Verformungen erzeugen Defekte, die sich auf Dauer summieren, so dass das die Formgedächtniseigenschaft nachlässt. „Die Defekte entstehen an der Grenze zwischen der Hochtemperatur- und der Tieftemperaturphase während der Umwandlung und resultieren aus einer Fehlpassung der Kristallstrukturen“, erklärt Robert Zarnetta vom Materials Research Department der RUB.

Vier passende Partner

Theoretische Berechnungen der Forschungspartner aus den USA hatten ergeben, dass sich diese Fehlpassung durch die Auswahl von Metallen mit kompatiblen Hoch- und Tieftemperatur-Kristallgitterstrukturen reduzieren lassen müsste. Als optimale Partner für eine solche Legierung wurden die vier Metalle Titan, Nickel, Kupfer und Palladium (Ti-Ni-Cu-Pd) berechnet. Die erfolgreiche experimentelle „Partnervermittlung“ wurde durch den Einsatz von Dünnschicht-Materialbibliotheken möglich, mit deren Hilfe sehr große Zusammensetzungsbereiche in aus vier Elementen bestehenden (quaternären) Legierungssystemen mit Hochdurchsatz-Charakterisierungsmethoden untersucht werden können. „Die spezielle Zusammensetzung der neuen Legierung mit konventionellen experimentellen Methoden zu finden und zu optimieren wäre extrem schwierig gewesen“, erklärt Prof. Dr. Alfred Ludwig, Inhaber des Lehrstuhls Werkstoffe der Mikrotechnik.

Kompatible Kristallgitter machen stabil

Neben der Entdeckung spezieller Legierungszusammensetzungen konnten die Forscher in den Dünnschichten auch die zugrundeliegenden Zusammensetzungs-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen ermitteln, und nutzten diese, um die Ergebnisse der Dünnschichten auf Massivmaterialien zu übertragen. So gelang zum ersten Mal der Nachweis des grundlegenden Zusammenhangs zwischen dem kristallinen Aufbau von Formgedächtnismaterialien und deren funktioneller Stabilität. „Eine verbesserte Kompatibilität der Kristallgitter der Hochtemperatur- und Tieftemperaturphase führt zu verbesserter funktioneller Stabilität“, fasst Robert Zarnetta das Ergebnis zusammen. „Dieser Zusammenhang konnte nur durch den Brückenschlag zwischen der kombinatorischen Entwicklung von Formgedächtnis-Dünnschichten und der konventionellen Materialentwicklung nachgewiesen werden“.

Sonderforschungsbereich und Research Department

Die Untersuchungen wurden, aufbauend auf der Arbeit im Sonderforschungsbereich (SFB) 459 „Formgedächtnistechnik“, am Lehrstuhl „Werkstoffe der Mikrotechnik“ (Prof. Dr.-Ing. Alfred Ludwig, Institut für Werkstoffe) in Kooperation mit dem Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft (Prof. Dr.-Ing. Gunther Eggeler, Institut für Werkstoffe) im Materials Research Department der RUB durchgeführt.

Titelaufnahme

Zarnetta, R., Takahashi, R., Young, M. L., Furuya, Y., Thienhaus, S., Savan, A., Maass, B., Rahim, M., Frenzel, J., Brunken, H., Chu, Y. S., Srivastava, V., James, R. D., Takeuchi, I., Eggeler, G. & Ludwig, A.: Identification of quaternary shape memory alloys with near zero thermal hysteresis and unprecedented functional stability, In: Advanced Functional Materials 2010, 20, 1917-1923), doi: 10.1002/adfm.200902336

Weitere Informationen

Prof. Dr.-Ing. Alfred Ludwig, Werkstoffe der Mikrotechnik, Institut für Werkstoffe, Fakultät Maschinenbau, Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-27492, alfred.ludwig@rub.de, http://www.rub.de/wdm und http://www.rub.de/sfb459

Robert Zarnetta, Materials Research Department, Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-25929, robert.zarnetta@rub.de, http://www.rd.rub.de/is3

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Europäisches Exzellenzzentrum für Glasforschung
17.03.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Vollautomatisierte Herstellung von CAD/CAM-Blöcken für kostengünstigen, hochwertigen Zahnersatz
16.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen