Mousse Intelligente

Les chercheurs ont fabriqué un type d'alliage à mémoire de forme plus léger et potentiellement moins cher : des matériaux qui changent de forme en réponse à un champ magnétique mais qui se souviennent de leur forme d'origine. Le nouveau matériau, une mousse poreuse constituée d'un alliage nickel-manganèse-gallium, s'étire légèrement lorsqu'il est exposé à un champ magnétique. Il conserve sa nouvelle forme lorsque le champ est désactivé, mais il reprend sa forme d'origine lorsque le champ est pivoté de 90 degrés.

Mousse mémoire : Une mousse de nickel-manganèse-gallium a les propriétés de mémoire de forme de l'alliage, mais est plus légère et moins chère à fabriquer que les autres formes du matériau.

La plupart des alliages à mémoire de forme sont entraînés par des changements de température. Cependant, les alliages entraînés magnétiquement réagissent plus rapidement que ceux qui réagissent à la température. Un autre avantage important des matériaux qui changent de forme sous un champ magnétique est qu'ils peuvent être activés à distance, dit Robert O'Handley , chercheur en science des matériaux et ingénierie au MIT. Étant donné que les matériaux à mémoire de forme magnétique peuvent être modifiés à distance, il dit qu'ils sont particulièrement prometteurs pour les applications biomédicales. Vous pourriez fabriquer un stent, où vous lui appliquez un champ magnétique depuis l'extérieur du corps et ouvrez progressivement une artère, dit-il.

Mais les alliages magnétiques à mémoire de forme ont été difficiles et coûteux à fabriquer. Le nouvel alliage pourrait être moins cher et plus facile à synthétiser.

Et cela pourrait être utile dans les appareils qui nécessitent un positionnement très précis, reproductible et rapide, dit David Dunand , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à la Northwestern University. Dunand a dirigé les travaux sur le nouvel alliage avec Peter Mullner , professeur agrégé à la Boise State University. Ces appareils comprennent des microscopes, de minuscules miroirs utilisés dans la communication optique et des robots utilisés en médecine. Parce que la mousse est légère, elle pourrait conduire à des applications aérospatiales, telles que des ailes d'avion qui se transforment pour devenir plus aérodynamiques.

L'alliage utilisé par Dunand et ses collègues n'est pas nouveau. Les monocristaux de nickel-manganèse-gallium sont connus pour s'étirer de 10 pour cent lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique. Mais les monocristaux, dans lesquels tous les atomes sont emballés selon un motif régulier et répétitif, sont coûteux et longs à fabriquer.

Normalement, le problème est que dans les métaux polycristallins, les cristaux individuels ont des orientations aléatoires. En présence d'un champ magnétique, ils s'étendent dans différentes directions, se poussant les uns contre les autres et s'annulant mutuellement, explique Dunand. Le rêve est de faire un polycristal mais de donner d'une manière ou d'une autre de l'espace aux [cristaux individuels] afin qu'ils puissent se déplacer et ne pas s'annuler les mouvements les uns des autres. C'est précisément ce qui se passe dans la mousse à cause des pores. Les minuscules cristaux de l'alliage ont de la place pour s'étirer et la mousse change de forme. Le changement est minime en ce moment – ​​seulement 0,12 % – mais c'est un début, dit Dunand.

Faire la mousse est bon marché et facile. Les chercheurs versent l'alliage fondu dans un morceau poreux de sel d'aluminate de sodium. Une fois l'alliage refroidi, les chercheurs dissolvent le sel à l'aide d'acide, laissant derrière eux une structure spongieuse de l'alliage. La mousse est une voie de préparation assez prometteuse - nettement plus efficace par rapport à la croissance de monocristaux, dit Sébastien Fahler , qui étudie les alliages à mémoire de forme à l'Institut Leibniz pour la recherche sur l'état solide et les matériaux, à Dresde, en Allemagne. Mais le changement de forme devra être bien supérieur à 0,12 % pour avoir des applications pratiques, dit-il.

Dunand et ses collègues ont un plan pour augmenter le changement de forme de la mousse. Tout comme une éponge, la mousse a des entretoises reliées aux nœuds, explique-t-il. Chaque jambe de force contient actuellement plusieurs minuscules cristaux. Ces cristaux s'annulent encore dans une certaine mesure, c'est pourquoi le changement global de la mousse n'est que de 0,12 %.

Pour obtenir un changement de forme plus important, dit Dunand, l'astuce consistera à faire en sorte que chaque jambe de force se comporte comme un monocristal, de sorte que la mousse dans son ensemble ressemble davantage à un monocristal. Cela signifie que les chercheurs devraient fabriquer des cristaux individuels sur chacune des entretoises de la mousse.

Le matériau sera toujours confronté à la concurrence. Les alliages à mémoire de forme nickel-titane, qui conviennent à une utilisation à l'intérieur du corps et sont entraînés par la température, sont déjà utilisés pour fabriquer des stents.

Pour les applications de micropositionnement, explique O'Handley, le matériau devra concurrencer les matériaux piézoélectriques tels que le quartz et le titanate de plomb, qui se déforment en réponse au courant électrique. Mais parce que le processus de fabrication de la mousse est simple et bon marché, il dit qu'il rapproche le nickel-manganèse-gallium d'un coût compétitif par rapport aux matériaux piézoélectriques.

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