Schiuma intelligente

I ricercatori hanno realizzato un tipo di lega a memoria di forma più leggera e potenzialmente più economica: materiali che cambiano forma in risposta a un campo magnetico ma ricordano la loro forma originale. Il nuovo materiale, una schiuma porosa composta da una lega di nichel-manganese-gallio, si allunga leggermente se esposto a un campo magnetico. Mantiene la sua nuova forma quando il campo viene spento, ma torna alla sua forma originale quando il campo viene ruotato di 90 gradi.

Memory foam: Una schiuma di nichel-manganese-gallio ha le proprietà di memoria di forma della lega, ma è più leggera ed economica da realizzare rispetto ad altre forme del materiale.

La maggior parte delle leghe a memoria di forma è guidata dalle variazioni di temperatura. Le leghe magnetiche, tuttavia, rispondono più velocemente di quelle che rispondono alla temperatura. Un altro importante vantaggio dei materiali che cambiano forma sotto un campo magnetico è che possono essere attivati ​​a distanza, afferma Robert O'Handley , ricercatore in scienze dei materiali e ingegneria al MIT. Poiché i materiali magnetici a memoria di forma possono essere modificati a distanza, afferma che sono particolarmente promettenti per le applicazioni biomediche. Potresti fare uno stent, dove applichi un campo magnetico dall'esterno del corpo e apri gradualmente un'arteria, dice.

Ma le leghe magnetiche a memoria di forma sono state difficili e costose da realizzare. La nuova lega potrebbe essere più economica e più facile da sintetizzare.

E potrebbe essere utile in dispositivi che richiedono un posizionamento molto preciso, ripetibile e rapido, afferma David Dunand , professore di scienze dei materiali e ingegneria alla Northwestern University. Dunand ha guidato i lavori sulla nuova lega con Peter Mullner , professore associato alla Boise State University. Questi dispositivi includono microscopi, minuscoli specchi utilizzati nella comunicazione ottica e robot utilizzati in medicina. Poiché la schiuma è leggera, potrebbe portare ad applicazioni aerospaziali, come le ali degli aeroplani che si trasformano per diventare più aerodinamiche.

La lega usata da Dunand e dai suoi colleghi non è nuova. È noto che i singoli cristalli di nichel-manganese-gallio si allungano del 10% se esposti a un campo magnetico. Ma i singoli cristalli, in cui tutti gli atomi sono impacchettati in uno schema regolare e ripetuto, sono costosi e richiedono tempo da realizzare.

Normalmente, il problema è che nei metalli policristallini, i singoli cristalli hanno orientamenti casuali. In presenza di un campo magnetico, si estendono lungo direzioni diverse, spingendosi l'uno contro l'altro e annullando il movimento reciproco, dice Dunand. Il sogno è quello di realizzare un policristallo ma in qualche modo dare spazio [ai singoli cristalli] in modo che possano muoversi e non annullarsi a vicenda. Questo è esattamente ciò che accade nella schiuma a causa dei pori. I minuscoli cristalli nella lega hanno spazio per allungarsi e la schiuma cambia forma. Il cambiamento è minimo in questo momento, solo lo 0,12 percento, ma è un inizio, dice Dunand.

Fare la schiuma è economico e facile. I ricercatori versano la lega fusa in un pezzo poroso di sale di alluminato di sodio. Dopo che la lega si è raffreddata, i ricercatori dissolvono il sale usando l'acido, lasciando una struttura spugnosa della lega. La schiuma è un percorso di preparazione abbastanza promettente, significativamente più efficiente rispetto alla crescita dei singoli cristalli, afferma Sebastian Fahler , che studia le leghe a memoria di forma presso il Leibniz Institute for Solid State and Materials Research, a Dresda, in Germania. Ma il cambiamento di forma dovrà essere molto più alto dello 0,12 percento per avere applicazioni pratiche, dice.

Dunand e i suoi colleghi hanno un piano per aumentare il cambiamento di forma della schiuma. Proprio come una spugna, la schiuma ha montanti collegati ai nodi, spiega. Ogni puntone in questo momento contiene più piccoli cristalli. Questi cristalli si stanno ancora annullando in una certa misura il movimento dell'altro, motivo per cui il cambiamento complessivo nella schiuma è solo dello 0,12 percento.

Per ottenere un cambiamento di forma più ampio, dice Dunand, il trucco sarà far sì che ogni puntone si comporti come un singolo cristallo, in modo che la schiuma nel suo insieme sia più simile a un singolo cristallo. Ciò significa che i ricercatori dovrebbero fare in modo che i singoli cristalli si estendano su ciascuno dei montanti nella schiuma.

Il materiale dovrà ancora affrontare la concorrenza. Le leghe a memoria di forma di nichel-titanio, adatte all'uso all'interno del corpo e guidate dalla temperatura, sono già utilizzate per realizzare gli stent.

Per le applicazioni di microposizionamento, afferma O'Handley, il materiale dovrà competere con materiali piezoelettrici come quarzo e titanato di piombo, che si deformano in risposta alla corrente elettrica. Ma poiché il processo per produrre la schiuma è facile ed economico, afferma che avvicina il nichel-manganese-gallio alla competitività dei costi con i materiali piezoelettrici.

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