Gedächtnismetalle : Diese Legierung kann sich zehn Millionen Mal verbiegen

Kieler Forscher finden Formgedächtnismetall, das beständig deformiert werden kann - und trotzdem nicht reißt. Es könnte womöglich in neuartigen Kühlschränken genutzt werden.

Beweglich und robust. Unter dem Elektronenmikroskop offenbart sich die Kristallstruktur einer neuen Legierung für Gedächtnismetall. Ti2Cu-Bereiche (grüne Punkte) führen zu einer hohen Festigkeit und verhindern, dass das Material reißt.
Beweglich und robust. Unter dem Elektronenmikroskop offenbart sich die Kristallstruktur einer neuen Legierung für...Foto: C. Chluba et al., Science, CAU Kiel

Einmal verbogen können Gedächtnismetalle wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. Dank dieser Fähigkeit wird bereits daran gedacht, künstliche Herzklappen daraus zu fertigen. Diesem Ziel kommt nun eine deutsch-amerikanische Arbeitsgruppe näher. Wie das Team im Fachmagazin „Science“ berichtet, fand es eine spezielle Legierung, die über zehn Millionen Mal ihre Form wechseln konnte, ohne Schaden zu nehmen.

Das bekannteste Gedächtnismetall ist eine Legierung aus Titan und Nickel, kurz Nitinol. Wird es um bis zu acht Prozent verformt, ändert sich der Kristallaufbau und wärmt sich dabei etwas auf. Wieder abgekühlt nimmt das Material wieder seine ursprüngliche Kristallstruktur und Form an. Diese Superelastizität funktioniert aber nur für einige hundert Zyklen. Danach ermüdet das Material und Risse entstehen. Doch Christoph Chluba und seine Kollegen von der Universität Kiel veränderten die Zusammensetzung und verbesserten den Werkstoff entscheidend.

Einsatz für neuartigen Kühlschrank

Zusätzlich zu Titan und Nickel verwendeten sie Kupfer, um aus einer heißen Gasphase hauchdünne Metallfilme zu fertigen. Diese Legierung (Ti54Ni34Cu12) ließ sich bei 70 Grad Celsius über zehn Millionen Mal verformen. Über die Streuung von Röntgenstrahlen und unter einem Transmissionselektronenmikroskop untersuchten die Wissenschaftler die Änderungen in der Kristallstruktur. Dabei fanden sie Ti2Cu-Bereiche, die sich in herkömmlichen Gedächtnismetallen nicht bilden. Sie wirken offensichtlich stabilisierend und sind dafür verantwortlich, dass während der Strukturwechsel keine Risse im Material auftreten.

Die neue Legierung könnte nicht nur für die Medizin interessant sein. Denn Gedächtnismetalle können bei ihrer Verformung der Umgebung auch Wärme zuführen oder entziehen. So schlugen kürzlich dänische Forscher vor, einen Kühlschrank auf der Basis des elastokalorischen Effekts – einer Temperaturänderung nach einer Verformung – zu entwickeln. Mit der Legierung wäre auch die nötige Langlebigkeit für ein solches Gerät erreichbar. (wsa)

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