Zukünftige Schutzkleidung aus energieabsorbierendem Metamaterial?

22. Februar 2022

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Forscher der University of Massachusetts Amherst haben ein steuerbares elasto-magnetisches Metamaterial entwickelt, das in der Lage ist, große Mengen an Energie zu absorbieren. Zukünftig könnte es in der Robotik und bei Schutzmaterialien zum Einsatz kommen.

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Es handelt sich um ein künstliches Verbundmaterial, das durch die elektromagnetischen Eigenschaften in zahlreichen Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen könnte. Das Material ist eine gummiartige, feste Substanz, die mit eingebetteten Magneten versehen ist. Die Materialeigenschaften während der Phasenübergänge können genutzt werden, um gezielt gespeicherte Energie abzugeben oder Energie aufzunehmen. Den Forschern ist es gelungen, die Phasenübergänge in beide Richtungen vollständig zu kontrollieren.

Professor Alfred Crosby von der University of Massachusetts erklärt: „Stellen Sie sich ein Gummiband vor. Sie ziehen daran und wenn Sie es loslassen, fliegt es durch den Raum. Stellen Sie sich nun ein Supergummiband vor. Wenn Sie es bis zu einem bestimmten Punkt dehnen, aktivieren Sie einen Energieüberschuss, der im Material gespeichert ist. Wenn Sie das Gummiband loslassen, fliegt es eine Meile weit.“

“Um die Energiefreisetzung oder -aufnahme zu verstärken, muss man eine neue Struktur auf molekularer oder sogar atomarer Ebene schaffen”, sagt Crosby. „Das ist jedoch eine Herausforderung und noch schwieriger ist es, dies auf vorhersehbare Weise zu tun. Durch den Einsatz von Metamaterialien haben wir diese Herausforderungen überwunden und nicht nur neue Materialien hergestellt, sondern auch die Designalgorithmen entwickelt, mit denen diese Materialien mit spezifischen Reaktionen programmiert werden können, so dass sie vorhersehbar sind”

Xudong Liang, der Hauptautor der Arbeit, derzeit Professor am Harbin Institute of Technology, Shenzhen (HITSZ) in China, der diese Forschung als Postdoc an der UMass Amherst durchgeführt hat: “Indem wir winzige Magnete in das elastische Material einbetten, können wir die Phasenübergänge dieses Metamaterials kontrollieren. Und da die Phasenverschiebung vorhersehbar und wiederholbar ist, können wir das Metamaterial so gestalten, dass es genau das tut, was wir wollen: entweder die Energie eines großen Aufpralls absorbieren oder große Mengen an Energie für explosive Bewegungen freisetzen.”