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Belauschte Atome Forscher lösen Rätsel zum Thema Formgedächtnislegierungen

Quelle: Universität Kassel 2 min Lesedauer

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Forscher des Fachgebiets Metallische Werkstoffe der Universität Kassel haben ein neues Verformungsverhalten von Formgedächtnislegierungen entdeckt und entschlüsselt ...

Formgedächtnislegierungen sehen ursprünglich etwa kompakt aus, können sich unter gewissen Umstände aber, wie hier, in Spiralfedern verwandeln. Bisher wusste man nicht genau, wie diese Materialien das machen. Forscher aus Kassel konnten das Geheimnis aber lüften ...(Bild: M. Breisbach)
Formgedächtnislegierungen sehen ursprünglich etwa kompakt aus, können sich unter gewissen Umstände aber, wie hier, in Spiralfedern verwandeln. Bisher wusste man nicht genau, wie diese Materialien das machen. Forscher aus Kassel konnten das Geheimnis aber lüften ...
(Bild: M. Breisbach)

Bis jetzt war unklar, was genau im Inneren von Formgedächtniswerkstoffen überhaupt passiert, wenn sie nach einer starken Verformung wieder entlastet werden und in ihre Ursprungsform zurückkehren, heißt es aus Kassel. Dieses besondere „Erinnerungsvermögen“ wurde bisher meist nur phänomenologisch beschrieben. Vor allem in winzigen medizinischen Bauteilen wie Gefäßstützen (Stents) hatte man das bisher ausgenutzt. Nun habe sich erstmals im Detail offenbart, wie sich die Struktur eines solchen Materials während seiner Entlastungsphase auf atomarer Ebene verändert. Untersucht haben das Phänomen die Wissenschaftler anhand von Kobalt-Nickel-Gallium-Kristallen.

Kombinierte Messungen decken atomare Prozesse auf

Fällt ein auf Kobalt-Nickel-Gallium-Kristalle wirkender Druck ab, findet eine bisher unbekannte Umstrukturierung statt, bei der sich die Kristallbereiche atomar betrachtet neu anordnen. Durch das Wachstum einer bestimmten Kristallvariante verschieben sich dabei die sogenannten Zwillingsgrenzen im Material. Genau diese atomare Bewegung im Kristallgefüge erzeugt aber akustische Signale, die das Team erstmals entschlüsseln konnte. Es konnte den Werkstoff nämlich mittels Neutronenbeugung durchleuchten und zeitgleich über akustische Emissionen seine Verformung belauschen, wie man erklärt. Diese Prozesse ließen sich dann im Modell interpretieren. Dr.-Ing. Christian Lauhoff, Erstautor der Studie und Leiter der Arbeitsgruppe Formgedächtniswerkstoffe am Institut für Werkstofftechnik, kommentiert: „Wir haben dem Material quasi beim Arbeiten zugesehen, zugehört und die Signale auch noch verstanden.“ Wenn laut Lauhoff die Mechanismen im Inneren vollständig beherrscht werden, kann man langzeitstabile Systeme für ganz andere Branchen las für die Medizin konzipieren. Perspektivisch ins Auge fassen die Forscher dafür beispielsweise das Bau- und Transportwesen, wo solche Materialien künftig als hoch belastbare Dämpfungselemente bei wechselnden Lasten und mechanischen Schwingungen eingesetzt werden könnten.

Internationale Kooperation schafft Erkenntnisse

Unter der Federführung der Universität Kassel, die für die mechanische Prüfung zuständig war, bündelten führende Partner ihre Expertise: Die TU Bergakademie Freiberg lieferte die akustische Analyse, die LMU München und das Rutherford Appleton Laboratory in Oxford verantworteten die Neutronenbeugung, während die Tschechische Akademie der Wissenschaften in Prag die theoretische Modellbildung erstellte. Die Kooperation fußt auf einer langjährigen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Zusammenarbeit. Im Fachjournal Nature Communications ist zu diesem Ergebnis erstmals publiziert worden.

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