Создан материал с магнитной памятью формы

Исследователи из Института Пола Шеррера PSI и ETH Zurich разработали новый спец материал, который сохраняет заданную форму, когда он помещается в магнитное поле. Это композитный спец материал, состоящий из двух компонентов. В отличие от предыдущих материалов с памятью формы, он состоит из полимера и капель так именуемой магнитореологической жидкости. Области применения этого нового типа композиционных материалов включают медицину, аэрокосмическую индустрия, электронику и робототехнику. В настоящее время исследователи публикуют свои результаты в научном журнальчике Advanced Materials .

Это похоже на магический трюк: магнит отходит от темной витой полосы, и полоса расслабляется без какого-либо дополнительного эффекта. То, что похоже на магию, можно разъяснить магнетизмом. Черная лента состоит из двух компонентов: полимера на базе силикона и небольших капель воды и глицерина, в которых плавают мелкие частицы карбонильного железа. Последние обеспечивают магнитные свойства материала и память его формы . Если композитный спец материал с помощью пинцета принудительно принимает определенную форму, а затем подвергается воздействию магнитного поля , он сохраняет личную форму даже после удаления пинцета. Только когда магнитное поле также удалено, спец материал возвращается к своей первоначальной форме.

До сих пор сопоставимые материалы состояли из полимера и внедренных железных частиц. Вместо этого исследователи из PSI и ETH Zurich использовали капли воды и глицерина, чтобы воткнуть магнитные частицы в полимер. Таким образом, они создали дисперсию, схожую той, которая обнаружена в молоке. В молоке мелкие жировые капли тонко диспергируются в аква растворе. Они по существу ответственны за белый цвет.

Точно так же капли магнитореологической воды тонко распределены в новом материале. «Поскольку магнитно-чувствительная фаза, диспергированная в полимере, представляет собою жидкость, силы, возникающие при приложении магнитного поля, намного больше, чем говорилось ранее», — объясняет Лаура Хейдерман, руководитель группы мезоскопических систем в PSI и доктор ETH Zurich. Если магнитное поле действует на композитный материал, оно становится жестким. «Эта новенькая материальная концепция может появиться только благодаря совместной работе групп, владеющих опытом в двух совершенно разных областях — магнитных и мягких материалах», — гласит Хейдерман.

Память формы через выравнивание с магнитным полем

Исследователи исследовали новый материал с помощью швейцарского источника света SLS в PSI, среди остального. С помощью рентгеновских томографических изображений, полученных с помощью этого источника света, они нашли, что длина капель в полимере увеличивается под воздействием магнитного поля и что частички карбонильного железа в жидкости выравниваются, по меньшей мере, частично повдоль линий магнитного поля , Эти два фактора увеличивают жесткость тестируемого материала (вещество или смесь веществ, из которых изготавливается продукция, которые способствуют процессу труда, либо придают изготовленной продукции определенные свойства) до 30 раз.

Тот факт, что память формы нового материала активируется магнитными полями, предлагает дополнительные достоинства в дополнение к более высокой силе. Большинство материалов с памятью формы (может означать: Форма предмета — взаимное расположение границ (контуров) предмета, объекта, а также взаимное расположение точек линии) реагируют на видоизменения температуры. В медицинских приложениях две проблемы возникают в результате. Во-первых, чрезмерное тепло повреждает собственные клеточки организма. Во-вторых, не всегда возможно гарантировать равномерное нагревание объекта, который запоминает его форму. Оба недочета можно избежать, включив память формы с помощью магнитного поля.

Механически интенсивные материалы для медицины и робототехники

«С нашим новым композитным материалом мы сделали еще один серьезный шаг к упрощению компонентов в широком спектре приложений, таких как медицина и робототехника», — гласит ETH Zurich и исследователь материалов PSI Паоло Теста, первый автор исследования. «Потому наша работа служит отправной точкой для нового класса механически интенсивных материалов».

Многочисленные приложения в медицине, космическом полете, электронике и робототехнике вероятны для материалов с памятью формы. Например, катетеры, которые изменяют твердость, когда их проталкивают через кровеносные сосуды к месту операции во время малоинвазивных операций. В освоении космоса спец материалы с памятью формы пользуются спросом на шинах для вездеходов, которые без помощи других накачиваются или снова складываются. В электронике мягкие функциональные материалы могут быть применены в гибких силовых или информационных кабелях в носимых устройствах и в роботах, которые могут делать механические движения без двигателя.