Wissenschaftler der US Air Force entwickelten flüssiges Metall, das die Struktur autonom verändert

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Wie das US Air Force Research Laboratory berichtet, haben Militärwissenschaftler ein „Terminator-ähnliches“ Flüssigmetall entwickelt, das die Struktur wie in einem Hollywood-Film autonom verändern kann.

Die Wissenschaftler entwickelten Flüssigmetallsysteme für dehnbare Elektronik – die gebogen, gefaltet, zerknittert und gedehnt werden können – und sind wichtige Forschungsbereiche für Militärgeräte der nächsten Generation.

Leitfähige Materialien ändern ihre Eigenschaften, wenn sie gespannt oder gedehnt werden. Typischerweise nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab und der Widerstand nimmt mit dem Strecken zu.

Das kürzlich von Wissenschaftlern des Air Force Research Laboratory (AFRL) entwickelte Material namens Polymerized Liquid Metal Networks macht genau das Gegenteil. Diese Flüssigmetallnetzwerke können bis zu 700% belastet werden, reagieren autonom auf diese Belastung, um den Widerstand zwischen diesen beiden Zuständen praktisch gleich zu halten und kehren dennoch zu ihrem ursprünglichen Zustand zurück. Es ist alles auf die selbstorganisierte Nanostruktur innerhalb des Materials zurückzuführen, die diese Reaktionen automatisch ausführt.

„Diese Reaktion auf Dehnung ist genau das Gegenteil von dem, was man erwarten würde“, sagte Dr. Christopher Tabor, AFRL-Forschungsleiter für das Projekt. „Normalerweise nimmt der Widerstand eines Materials zu, wenn es gedehnt wird, weil der Strom durch mehr Material fließen muss. Das Experimentieren mit diesen Flüssigmetallsystemen und das Erkennen der gegenteiligen Reaktion war völlig unerwartet und ehrlich gesagt unglaublich, bis wir verstanden haben, was vor sich ging. “

Drähte, die ihre Eigenschaften unter diesen verschiedenen mechanischen Bedingungen beibehalten, finden viele Anwendungen, wie z. B. tragbare Elektronik der nächsten Generation. Beispielsweise könnte das Material in ein langärmliges Kleidungsstück integriert werden und zur Übertragung von Kraft durch das Hemd und über den Körper in einer Weise verwendet werden, dass das Biegen eines Ellbogens oder das Drehen einer Schulter die übertragene Kraft nicht verändert.

AFRL-Forscher bewerteten auch die Erwärmungseigenschaften des Materials in einem Formfaktor, der einem erwärmten Handschuh ähnelt. Sie maßen die thermische Reaktion bei anhaltender Fingerbewegung und behielten bei konstanter angelegter Spannung eine nahezu konstante Temperatur bei, im Gegensatz zu den heutigen dehnbaren Heizgeräten, die bei Belastung aufgrund von Widerstandsänderungen eine erhebliche Wärmeleistungserzeugung verlieren.

Dieses Projekt startete im letzten Jahr und wurde im AFRL mit Grundlagenforschungsgeldern des Air Force Office of Scientific Research entwickelt. Derzeit wird in Zusammenarbeit mit privaten Unternehmen und Universitäten die weitere Entwicklung geprüft. Die Zusammenarbeit mit Unternehmen im Bereich der kooperativen Forschung ist von Vorteil, da sie frühe Systeme, die im Labor gut funktionieren, nutzen und für eine potenzielle Skalierung optimieren. In diesem Fall ermöglichen sie die Integration dieser Materialien in Textilien, mit denen die Leistung des Menschen überwacht und gesteigert werden kann.

Die Forscher beginnen mit einzelnen Partikeln flüssigen Metalls, die in einer Hülle eingeschlossen sind und Wasserballons ähneln. Jedes Partikel wird dann durch einen Polymerisationsprozess chemisch an das nächste gebunden, ähnlich dem Hinzufügen von Gliedern zu einer Kette; auf diese Weise sind alle Teilchen miteinander verbunden.

Wenn die verbundenen Flüssigmetallpartikel angespannt werden, reißen die Partikel auf und Flüssigmetall tritt aus. Verbindungen bilden sich, um dem System sowohl Leitfähigkeit als auch inhärente Dehnbarkeit zu verleihen. Während jedes Streckzyklus nach dem ersten erhöht sich die Leitfähigkeit und kehrt zum Normalzustand zurück. Um das Ganze abzurunden, wird nach 10.000 Zyklen keine Ermüdung festgestellt.

„Die Entdeckung polymerisierter Flüssigmetallnetzwerke ist ideal für die streckbare Stromabgabe, Sensorik und Schaltungstechnik“, sagte Capt. Carl Thrasher, Forschungschemiker in der Material- und Fertigungsdirektion des AFRL und Hauptautor des Zeitschriftenartikels. „Menschliche Schnittstellensysteme können mit dieser Technologie kontinuierlich arbeiten, weniger wiegen und mehr Leistung liefern.“

„Wir finden das für eine Vielzahl von Anwendungen sehr spannend“, fügte er hinzu. „Dies ist etwas, das heute nicht auf dem Markt erhältlich ist. Wir freuen uns sehr, dies der Welt vorzustellen und zu verbreiten.“

Quelle : https://defence-blog.com/news/u-s-air-force-scientists-developed-liquid-metal-which-autonomously-change-structure.html?fbclid=IwAR1B8OMK-7t82kSdqRRSgcBxu40j44FDmBRosoybDUg_QsuObCICH2NPz5c

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