Metaallegering met vormgeheugen is speciaal voor de ruimte ontworpen
Mechanica
Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 11 augustus 2025
Mechanische warmteschakelaar met behulp van een nieuwe vormgeheugenlegering. [Afbeelding: Shunsuke Sato et al. - 10.1038/s44172-025-00464-9]
Vormgeheugenlegering
Japanse ingenieurs hebben een nieuwe metaallegering op koperbasis ontwikkeld die een speciaal vormgeheugeneffect vertoont bij temperaturen tot wel -200°C.
Vormgeheugenlegeringen kunnen vervormen wanneer de temperatuur verandert, maar keren terug naar hun oorspronkelijke vorm wanneer ze terugkeren naar de referentietemperatuur, alsof ze hun standaardtoestand onthouden.
Omdat het geheugen bij zulke lage temperaturen behouden blijft, kan deze nieuwe legering worden gebruikt in ruimtevaartapparatuur en waterstoftechnologieën , waar koude en veeleisende omgevingen met temperaturen onder de -100°C de norm zijn.
De bekendste vormgeheugenlegeringen, gebaseerd op nikkel en titanium (Ni-Ti), kunnen hun vormgeheugen niet behouden onder -20 °C, ondanks hun praktische gebruiksgemak. Er bestaan ook vormgeheugenlegeringen die wel werken onder -100 °C, maar deze zijn meer een laboratoriuminteresse en niet geschikt voor praktische toepassing.
Vormgeheugenlegeringen zijn ideaal voor het bouwen van compacte actuatoren zonder bewegende delen, zoals kunstmatige spieren . Actuatoren zijn componenten die een bepaalde input omzetten in mechanische energie, oftewel beweging. Ze zijn te vinden in allerlei machines en alledaagse apparaten om ons heen.
Shunsuke Sato en collega's van verschillende instituten in Japan zijn er nu in geslaagd om het eerste functionele actuatormateriaal te synthetiseren dat een hoog werkvermogen kan genereren bij ongelooflijk lage temperaturen, tot wel -200°C.
Prototype ontwikkeld door het team dat al bezig was met een concept voor een koelsysteem voor een infraroodtelescoop. [Afbeelding: Shunsuke Sato et al. - 10.1038/s44172-025-00464-9]
Thermomechanische actuator
De onderzoekers hebben nu een werkende prototype-actuator gebouwd, een thermomechanische schakelaar, met behulp van hun nieuwe legering van koper, aluminium en mangaan (Cu-Al-Mn).
De schakelaar werkte effectief bij -170°C en regelde de warmteoverdracht door te schakelen tussen contact- en niet-contacttoestanden op basis van temperatuurveranderingen. De bedrijfstemperatuur van de legering kan worden aangepast door de samenstelling ervan te wijzigen.
Deze demonstratie bewijst dat de nieuwe legering kan worden gebruikt om hoogwaardige actuatoren te maken die zelfs in cryogene omstandigheden kunnen werken, wat voorheen onmogelijk was.
De mogelijke toepassingen zijn talrijk, waaronder een betrouwbare thermisch-mechanische schakelaar voor koelsystemen in ruimtetelescopen. De eenvoud en compactheid van deze thermomechanische schakelaars maken ze ideaal voor ruimtemissies, maar ze zouden ook ideaal zijn voor waterstoftransport- en -opslagsystemen.
Artikel: Vormgeheugenlegeringen voor cryogene actuatoren
Auteurs: Shunsuke Sato, Hirobumi Tobe, Kenichiro Sawada, Chihiro Tokoku, Takao Nakagawa, Eiichi Sato, Yoshikazu Araki, Sheng Xu, Xiao Xu, Toshihiro Omori, Ryosuke Kainuma Magazine: Communications EngineeringDOI: 10.1038/s44172-025-00464-9
Ander nieuws over:
inovacaotecnologica
