Neue Kupferlegierung revolutioniert Weltraumtechnologie bei extremen Temperaturen

TOKIO / LONDON (IT BOLTWISE) – Eine bahnbrechende Entwicklung in der Materialwissenschaft könnte die Art und Weise, wie wir Ausrüstung für Weltraummissionen und andere extrem kalte Umgebungen bauen, grundlegend verändern. Ein Team von Wissenschaftlern hat eine neue Kupferlegierung entwickelt, die ihre einzigartigen Formgedächtniseigenschaften selbst bei Temperaturen von bis zu -200°C beibehält.

Die Entdeckung dieser neuen Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft, insbesondere für Anwendungen in der Raumfahrt. Formgedächtnislegierungen sind faszinierende Materialien, die sich wie mechanischer Memory-Schaum verhalten. Bei Kälte können sie in verschiedene Formen gebogen und verdreht werden, kehren jedoch bei Erwärmung automatisch in ihre ursprüngliche Form zurück. Diese bemerkenswerte Eigenschaft macht sie äußerst nützlich für die Herstellung von Aktuatoren, die Energie in Bewegung umwandeln.

Ein klassisches Beispiel für einen solchen Aktuator ist der Mechanismus in einem DVD-Laufwerk, der Energie in Bewegung umwandelt. In der Raumfahrt sind Materialien, die auf Temperaturänderungen vorhersehbar reagieren, von entscheidender Bedeutung. Bisher hatten Formgedächtnislegierungen jedoch eine große Einschränkung: Sie funktionierten nicht zuverlässig bei extremen Kältebedingungen. Die gängigste Legierung aus Nickel und Titan versagt bei Temperaturen unter -20°C, und nur wenige konnten bei Temperaturen unter -100°C funktionieren, waren jedoch für reale Anwendungen unpraktisch.

Diese Einschränkung stellte eine erhebliche Herausforderung für die Raumfahrttechnologie dar, da Ausrüstungen regelmäßig Temperaturen weit unter -100°C ausgesetzt sind. Raumteleskope, Satelliten und andere Instrumente benötigen zuverlässige bewegliche Teile, die in der extremen Kälte des Weltraums funktionieren können. Die neue Kupfer-Aluminium-Mangan-Legierung, entwickelt von einem Forschungsteam aus mehreren japanischen Institutionen, darunter die Tohoku-Universität und die Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), bewahrt ihre Formgedächtniseigenschaften auch bei extrem niedrigen Temperaturen.

Die Forscher testeten ihre Legierung erfolgreich bei -170°C und zeigten, dass sie den Wärmetransfer effektiv steuern kann, indem sie zwischen Kontakt- und Nichtkontaktzuständen wechselt. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Materialwissenschaft dar. Toshihiro Omori von der Tohoku-Universität äußerte seine Freude über den Erfolg: „Wir waren sehr glücklich, als wir sahen, dass es bei -170°C funktionierte, andere Formgedächtnislegierungen können das einfach nicht.“

Die Forscher entwickelten einen Prototyp eines mechanischen Wärmeschalters mit ihrer neuen Legierung. Dieses Gerät kann den Wärmefluss automatisch basierend auf Temperaturänderungen steuern. Sie fanden heraus, dass die Betriebstemperatur der Legierung durch Anpassung ihrer Zusammensetzung feinabgestimmt werden kann, was sie für verschiedene Anwendungen anpassungsfähig macht. Diese Flexibilität könnte sich als unschätzbar wertvoll erweisen, um Ausrüstungen für verschiedene Weltraummissionen mit unterschiedlichen thermischen Anforderungen zu entwerfen.

Die Einfachheit und Zuverlässigkeit mechanischer Systeme, die diese Legierung verwenden, könnten zukünftige Weltraummissionen weitaus zuverlässiger machen und gleichzeitig die Komplexität und das Gewicht von Raumfahrzeugsystemen reduzieren. Da die Weltraumforschung expandiert und wir uns zunehmend herausfordernden Umgebungen zuwenden, werden Materialien wie diese neue Legierung entscheidend sein, um die zuverlässige Ausrüstung zu bauen, die für den Erfolg von Missionen erforderlich ist.

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