Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI y ETH Zurich han desarrollado un nuevo material que conserva una forma determinada cuando se coloca en un campo magnético. Es un material compuesto que consta de dos componentes. A diferencia de los materiales con memoria de forma anteriores, Consiste en un polímero y gotitas incrustadas de un llamado fluido magnetorreológico. Las áreas de aplicación de este nuevo tipo de material compuesto incluyen medicina, aeroespacial, electrónica y robótica. Los investigadores ahora publican sus resultados en la revista científica. Materiales avanzados .

Parece un truco de magia:un imán se aleja de un negro, banda torcida y la banda se relaja sin ningún efecto adicional (ver video). Lo que parece magia se puede explicar por el magnetismo. La cinta negra consta de un compuesto de dos componentes:un polímero a base de silicona y pequeñas gotas de agua y glicerina en las que flotan diminutas partículas de carbonil hierro. Estos últimos proporcionan las propiedades magnéticas del material y su memoria de forma. Si el material compuesto se fuerza a una determinada forma con unas pinzas y luego se expone a un campo magnético, conserva su forma, incluso cuando se quitan las pinzas. Solo cuando el campo magnético también se elimina, el material vuelve a su forma original.

Hasta aquí, los materiales comparables han consistido en un polímero y partículas metálicas incrustadas. En lugar de, Los investigadores de PSI y ETH Zurich utilizaron gotas de agua y glicerina para insertar las partículas magnéticas en el polímero. De este modo, produjeron una dispersión similar a la que se encuentra en la leche. En leche diminutas gotas de grasa se dispersan finamente en una solución acuosa. Estos son esencialmente los responsables del color blanco.

Similar, las gotitas del líquido magnetorreológico están finamente distribuidas en el nuevo material. "Dado que la fase magnéticamente sensible dispersa en el polímero es un líquido, las fuerzas generadas cuando se aplica un campo magnético son mucho mayores de lo que se informó anteriormente, "explica Laura Heyderman, jefe del Grupo de Sistemas Mesoscópicos en PSI y profesor en ETH Zurich. Si un campo magnético actúa sobre el material compuesto, se pone rígido. "Este nuevo concepto de material solo podría surgir a través del trabajo en equipo entre grupos con experiencia en dos áreas completamente diferentes:materiales magnéticos y blandos, "dice Heyderman.

Memoria de forma a través de la alineación con el campo magnético.

Los investigadores estudiaron el nuevo material con la ayuda de Swiss Light Source SLS en PSI, entre otras cosas. Con las imágenes tomográficas de rayos X producidas con esta fuente de luz, encontraron que la longitud de las gotitas en el polímero aumenta bajo la influencia de un campo magnético y que las partículas de carbonil hierro en el líquido se alinean al menos parcialmente a lo largo de las líneas del campo magnético. Estos dos factores aumentan la rigidez del material probado hasta 30 veces.

El hecho de que la memoria de forma del nuevo material sea activada por campos magnéticos ofrece más ventajas además de una mayor fuerza. La mayoría de los materiales con memoria de forma reaccionan a los cambios de temperatura. En aplicaciones médicas, como resultado surgen dos problemas. Primero, el calor excesivo daña las propias células del cuerpo. Segundo, no siempre es posible garantizar un calentamiento uniforme de un objeto que recuerda su forma. Ambas desventajas pueden evitarse activando la memoria de forma con un campo magnético.

Materiales mecánicamente activos para medicina y robótica

"Con nuestro nuevo material compuesto, hemos dado otro paso importante hacia la simplificación de componentes en una amplia gama de aplicaciones como la medicina y la robótica, "dice el científico de materiales de ETH Zurich y PSI Paolo Testa, primer autor del estudio. "Nuestro trabajo, por lo tanto, sirve como punto de partida para una nueva clase de materiales mecánicamente activos".

Numerosas aplicaciones en medicina, vuelo espacial, electrónica, y la robótica son concebibles para materiales con memoria de forma. Por ejemplo, catéteres que cambian la rigidez a medida que se empujan a través de los vasos sanguíneos hasta el sitio quirúrgico durante operaciones mínimamente invasivas. En la exploración espacial, Hay demanda de materiales con memoria de forma para los neumáticos de vehículos móviles que se inflan o se pliegan de nuevo por sí solos. En electrónica, Los materiales funcionales blandos podrían implementarse en cables flexibles de alimentación o datos en dispositivos portátiles y en robots que pueden realizar movimientos mecánicos sin un motor.