(PhysOrg.com) -- En världspremiär:ett material som ändrar sin styrka, praktiskt taget med en knapptryckning. Denna omvandling kan uppnås på några sekunder genom förändringar i elektronstrukturen hos ett material; alltså hård och spröd materia, till exempel, kan bli mjuk och formbar. Vad gör denna utveckling revolutionerande, är att omvandlingen kan styras av elektriska signaler. Denna världsnyhet har sitt ursprung i Hamburg. Jörg Weißmüller, en materialvetare vid både det tekniska universitetet i Hamburg och Helmholtz Centre Geesthacht, har forskat om denna banbrytande utveckling, arbetar i samarbete med kollegor från Institutet för metallforskning i Shenyang, Kina.

Den 51-årige forskaren från Saarland hänvisade till sin grundforskning, som öppnar dörren till en mängd olika applikationer, som "ett genombrott inom materialvetenskapen". Det nya metalliska högpresterande materialet beskrivs av prof. Dr. Jörg Weißmüller och den kinesiske forskaren Hai-Jun Jin i det senaste numret av den berömda vetenskapliga tidskriften Vetenskap . Deras forskningsresultat kan till exempel, göra framtida intelligenta material med förmågan att självläka, självständigt utjämna brister.

Fastheten hos ett kokt ägg kan justeras efter behag under tillagningstiden. Vissa beslut är, dock, oåterkallelig – ett hårdkokt ägg kan aldrig omvandlas till ett mjukkokt. Det skulle bli mindre irritation vid frukostbordet om vi helt enkelt kunde växla fram och tillbaka mellan äggets olika fasthetsgrader.

Liknande problem uppstår vid tillverkning av strukturella material som metaller och legeringar. Materialegenskaperna ställs in en gång för alla under produktionen. Detta tvingar ingenjörer att göra kompromisser i valet av de mekaniska egenskaperna hos ett material. Större styrka åtföljs oundvikligen av ökad sprödhet och en minskning av skadetoleransen.

Professor Weißmüller, chef för Institutet för materialfysik och teknik vid Hamburgs tekniska universitet och även för avdelningen för hybridmaterialsystem vid Helmholtz Centre Geesthacht, sade:"Detta är en punkt där betydande framsteg görs. För första gången har vi lyckats ta fram ett material som, under tjänst, kan växla fram och tillbaka mellan ett tillstånd av starkt och sprött beteende och ett tillstånd av mjukt och formbart. Vi befinner oss fortfarande på grundforskningsstadiet men vår upptäckt kan ge betydande framsteg i utvecklingen av så kallade smarta material."

Ett äktenskap av metall och vatten

För att producera detta innovativa material, materialforskare använder en jämförelsevis enkel process:korrosion. Metallerna, vanligtvis ädelmetaller som guld eller platina, placeras i en sur lösning. Som en konsekvens av början av korrosionsprocessen, små kanaler och hål bildas i metallen. Det framväxande nanostrukturerade materialet genomsyras av ett nätverk av porkanaler.

Porerna är impregnerade med en ledande vätska, till exempel en enkel koksaltlösning eller en utspädd syra, och ett äkta hybridmaterial av metall och vätska skapas på så sätt. Det är det ovanliga "äktenskapet", som Weißmüller kallar denna förening av metall och vatten som, när den utlöses av en elektrisk signal, gör det möjligt att ändra materialets egenskaper med en knapptryckning.

När joner löses upp i vätskan, metallens ytor kan laddas elektriskt. Med andra ord, de mekaniska egenskaperna hos den metalliska partnern förändras genom applicering av en elektrisk potential i den flytande partnern. Effekten kan spåras tillbaka till en förstärkning eller försvagning av atombindningen i metallens yta när extra elektroner tillförs eller dras ut från ytatomerna. Materialets styrka kan vara så mycket som fördubblas vid behov. Alternativt materialet kan växlas till ett tillstånd som är svagare, men mer skadetolerant, energiabsorberande och formbar.

Specifika tillämpningar är fortfarande en fråga för framtiden. Dock, forskare tänker redan framåt. I princip, materialet kan skapa elektriska signaler spontant och selektivt, för att stärka ämnet i regioner med lokal stresskoncentration. Skada, till exempel i form av sprickor, skulle därigenom kunna förhindras eller till och med läkas. Detta har fört forskare ett stort steg närmare deras mål om "intelligenta" högpresterande material.