(PhysOrg.com) -- Een wereldpremière:een materiaal dat van kracht verandert, vrijwel met een druk op de knop. Deze transformatie kan in enkele seconden worden bereikt door veranderingen in de elektronenstructuur van een materiaal; dus harde en broze materie, bijvoorbeeld, kan zacht en kneedbaar worden. Wat deze ontwikkeling revolutionair maakt, is dat de transformatie kan worden gecontroleerd door elektrische signalen. Deze wereldprimeur vindt zijn oorsprong in Hamburg. Jörg Weißmüller, een materiaalwetenschapper aan zowel de Technische Universiteit van Hamburg als het Helmholtz Center Geesthacht, heeft onderzoek gedaan naar deze baanbrekende ontwikkeling, in samenwerking met collega's van het Institute for Metal Research in Shenyang, China.

De 51-jarige onderzoeker uit het Saarland verwees naar zijn fundamentele onderzoek, die de deur opent naar een veelvoud aan uiteenlopende toepassingen, als “een doorbraak in de materiaalwetenschappen”. Het nieuwe hoogwaardige metalen materiaal wordt beschreven door Prof. Dr. Jörg Weißmüller en de Chinese onderzoeker Hai-Jun Jin in het laatste nummer van het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Wetenschap . Hun onderzoeksresultaten kunnen, bijvoorbeeld, toekomstige intelligente materialen maken met het vermogen tot zelfgenezing, het autonoom gladstrijken van gebreken.

De stevigheid van een gekookt ei kan door de kooktijd naar believen worden aangepast. Sommige beslissingen zijn echter, onherroepelijk - een hardgekookt ei kan nooit worden omgezet in een zachtgekookt ei. Aan de ontbijttafel zou er minder ergernis zijn als we eenvoudig heen en weer konden schakelen tussen de verschillende gradaties van stevigheid van het ei.

Soortgelijke problemen doen zich voor bij het maken van constructiematerialen zoals metalen en legeringen. De materiaaleigenschappen worden voor eens en altijd vastgelegd tijdens de productie. Dit dwingt ingenieurs om compromissen te sluiten bij de keuze van de mechanische eigenschappen van een materiaal. Een grotere sterkte gaat onvermijdelijk gepaard met een grotere brosheid en een vermindering van de schadetolerantie.

Professor Weißmüller, hoofd van het Instituut voor Materiaalfysica en Technologie aan de Technische Universiteit van Hamburg en ook van de afdeling Hybride Materiaalsystemen aan het Helmholtz Center Geesthacht, verklaarde:“Dit is een punt waarop aanzienlijke vooruitgang wordt geboekt. Voor het eerst zijn we erin geslaagd een materiaal te produceren dat, terwijl in dienst, kan heen en weer schakelen tussen een staat van sterk en broos gedrag en een van zacht en kneedbaar. We bevinden ons nog in de fase van fundamenteel onderzoek, maar onze ontdekking kan aanzienlijke vooruitgang brengen in de ontwikkeling van zogenaamde slimme materialen.”

Een huwelijk van metaal en water

Om dit innovatieve materiaal te produceren, materiaalwetenschappers passen een relatief eenvoudig proces toe:corrosie. de metalen, meestal edele metalen zoals goud of platina, worden in een zure oplossing geplaatst. Als gevolg van het begin van het corrosieproces, Er worden minuscule kanalen en gaten in het metaal gevormd. Het opkomende nanogestructureerde materiaal is doordrongen van een netwerk van poriekanalen.

De poriën zijn geïmpregneerd met een geleidende vloeistof, bijvoorbeeld een eenvoudige zoutoplossing of een verdund zuur, en zo ontstaat een waar hybride materiaal van metaal en vloeistof. Het is het ongewone "huwelijk", zoals Weißmüller deze vereniging van metaal en water noemt die, wanneer geactiveerd door een elektrisch signaal, maakt het mogelijk om met een druk op de knop de eigenschappen van het materiaal te veranderen.

Als ionen in de vloeistof worden opgelost, de oppervlakken van het metaal kunnen elektrisch worden geladen. Met andere woorden, de mechanische eigenschappen van de metalen partner worden veranderd door de toepassing van een elektrische potentiaal in de vloeibare partner. Het effect is terug te voeren op een versterking of verzwakking van de atomaire binding in het oppervlak van het metaal wanneer extra elektronen worden toegevoegd aan of onttrokken aan de oppervlakte-atomen. De sterkte van het materiaal kan indien nodig zelfs verdubbeld worden. Alternatief, het materiaal kan worden omgeschakeld naar een toestand die zwakker is, maar beter bestand tegen schade, energieabsorberend en kneedbaar.

Specifieke toepassingen zijn nog toekomstmuziek. Echter, onderzoekers denken al vooruit. In principe, het materiaal kan spontaan en selectief elektrische signalen opwekken, om de zaak in regio's met lokale stressconcentratie te versterken. Schade, bijvoorbeeld in de vorm van scheuren, daardoor kunnen worden voorkomen of zelfs genezen. Dit heeft wetenschappers een grote stap dichter bij hun doel van 'intelligente' hoogwaardige materialen gebracht.