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Eine neue Klasse von Metamaterialien, die ihre physikalischen Eigenschaften ändern können

18.12.2018

Moderne Metamaterialien sind den Technologien, die wir aus Science-Fiction kennen, sehr ähnlich. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften solcher Materialien ist es möglich, unglaubliche Dinge zu schaffen, Tarnumhänge, die Objekte in verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums verbergen, und in der Praxis werden solche Technologien beispielsweise bereits in Mobilfunkantennen eingesetzt. Beachten Sie, dass alle Metamaterialien, über die wir mehr als einmal auf den Seiten unserer Website gesprochen haben, eine Reihe fester Eigenschaften haben, wenn auch einzigartig, die ihren Umfang erheblich einschränken.

Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) und der University of California San Diego haben eine neue Klasse von Metamaterialien entwickelt, mechanische Metamaterialien, die als Reaktion auf ein externes Magnetfeld starr oder flexibel werden können.

Um ein neues Wunder-Metamaterial herzustellen, nutzten die Forscher die sogenannte 4D-Drucktechnologie. Diese Technologie hat ihren Namen von der Tatsache, dass Objekte, die durch dreidimensionalen Druck hergestellt wurden, ihre Form im Laufe der Zeit ändern können, was als vierte Dimension fungiert. In der Regel treten Formänderungen eines Objekts unter dem Einfluss eines externen Faktors auf - hohe Temperatur, Hydratation, Einwirkung eines magnetischen oder elektrischen Feldes.

Die neue Technologie basiert auf Materialien, die in der Lage sind, auf externe Felder zu reagieren (FRMM, field-responsive metamaterial). Im Gegensatz zu den Materialien, die in anderen 4D-Drucktechnologien verwendet werden, ändern FRMM-Materialien jedoch nicht ihre Form, die Änderungen wirken sich auf einige ihrer physikalischen Eigenschaften aus, in diesem Fall auf die Härte. Die Herstellung von FRMM-Materialien erwies sich als recht einfach – statt einer monolithischen Struktur des gedruckten Objekts wird eine röhrenförmige Hohlstruktur gebildet. Und diese Hohlräume sind in der nächsten Stufe mit einer speziellen magnetischen Flüssigkeit gefüllt.

Ein Ferrofluid besteht aus winzigen Partikeln eines magnetischen Materials, die gleichmäßig in einem Volumen eines nichtmagnetischen Lösungsmittels dispergiert sind. Wenn eine solche Flüssigkeit einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird, werden die Partikel in ihrem Volumen geordnet, richten sich entlang der Magnetfeldlinien aus und das Material verwandelt sich in einen praktisch festen Monolithen. In Abwesenheit eines Magnetfelds verhält sich das Ferrofluid wie eine gewöhnliche viskose Flüssigkeit, die frei in jede Richtung fließen kann.

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