UConn materiaalwetenschap en techniekonderzoeker Seok-Woo Lee en zijn collega's hebben superelastische vormgeheugeneigenschappen ontdekt in een materiaal dat kan worden gebruikt als actuator in de zwaarste omstandigheden, zoals de ruimte, en misschien wel de eerste in een geheel nieuwe klasse van vormgeheugenmaterialen.

Als u ooit een beugel heeft gehad of een bril heeft gedragen, je bent misschien al in aanraking gekomen met materialen met vormgeheugen. Met toepassingen in een breed scala aan consumentenproducten zoals "onbreekbare" brilmonturen, en civiele industriële constructies zoals bruggen, materialen met vormgeheugeneigenschappen kunnen door magnetische krachten of warmte terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm, zelfs nadat ze aanzienlijk zijn vervormd.

Lee, die Pratt &Whitney assistent-professor materiaalwetenschap en techniek is, bestudeerde calcium-ijzerarsenide, of CaFe ₂ Als ₂ , dat is een intermetallisch beter bekend om zijn nieuwe supergeleidende eigenschappen. Omdat het materiaal vaak wordt gebruikt in supergeleiders op hoge temperatuur, uitgebreid onderzoek had al de supergeleidende en magnetische eigenschappen van de verbinding onderzocht. Geïnspireerd door eerder onderzoek uitgevoerd door Paul Canfield aan het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy naar de elektronische eigenschappen van calcium-ijzerarsenide, Lee wilde de hoge druk- en spanningsgevoeligheid van het materiaal meten voor mogelijke toepassingen als constructiemateriaal.

Werken met een team van afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten bij UConn en medewerkers bij Ames Laboratory, Drexel-universiteit, en Colorado State University, Lee ontdekte dat niet alleen CaFe ₂ Als ₂ vertonen het vermogen om terug te "stuiteren" in zijn oorspronkelijke vorm, het toonde "gigantische superelasticiteit." Terwijl normale metaallegeringen of intermetalen 0,5 procent van de vorm van vóór de vervorming herstellen zodra de samendrukkende kracht is verwijderd, Cafe ₂ Als ₂ herstelt meer dan 13 procent.

Naast het grote vermogen van het kristal om te herstellen, het team zag bewijs van de ultrahoge sterkte van calcium-ijzerarsenide en de aanzienlijke weerstand tegen vermoeidheid, die structurele prestaties en integriteit zou garanderen bij gebruik als constructiemateriaal. Ze merkten ook een andere unieke eigenschap op bij het testen van CaFe ₂ Als ₂ bij extreem koude temperaturen. Het bestaan ​​van een vormgeheugeneffect werd bevestigd bij tests bij temperaturen tot 50 Kelvin, of ongeveer -370 graden Fahrenheit. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van technologieën die bij lage temperaturen van vorm veranderen voor gebruik in verre ruimtereizen.

Maar Lee is het meest enthousiast over wat deze ontdekkingen zouden kunnen aangeven over andere materialen in dezelfde familie als calcium-ijzerarsenide.

"Onze resultaten kunnen worden toegepast op meer dan 400 vergelijkbare materialen. Deze ontdekking opent een geheel nieuw onderzoeksgebied naar superelastische materialen, Lee zegt. "We zien een groot potentieel voor de toepassing van onze bevindingen door collega-wetenschappers in toekomstig onderzoek en door de industrie bij de ontwikkeling van nieuwe technologieën."

De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie online op 20 oktober in een paper getiteld "Superelasticity and Cryogenic Linear Shape Memory Effects of CaFe ₂ Als ₂ ."