Forscher der TU Wien in Österreich und der Beijing University of Technology in China haben eine mehrmetallische Legierung entwickelt, die nahezu keine thermische Ausdehnung aufweist, eine Entdeckung mit bedeutenden Implikationen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Präzisionselektronik.
Sergii Khmelevskyi vom Vienna Scientific Cluster (VSC) erklärt: "Je höher die Temperatur in einem Material, desto mehr bewegen sich die Atome, wodurch mehr Platz benötigt wird, was die durchschnittliche Distanz zwischen ihnen erhöht." Während thermische Ausdehnung ein gängiges Phänomen ist, wirkt dieses neue Alloy diesem Effekt entgegen.
Invar, eine bekannte Legierung aus Eisen und Nickel, zeigt eine minimale thermische Ausdehnung aufgrund seiner magnetischen Ordnung, die mit steigender Temperatur abnimmt und zu einer Kontraktion führt, die die thermische Ausdehnung ausgleicht. Das Forschungsteam nutzte Computersimulationen, um das Verhalten auf atomarer Ebene zu analysieren und so diesen komplexen Prozess im Detail zu verstehen. Ihre Ergebnisse, die 2023 im Journal of Physical Chemistry C veröffentlicht wurden, legten den Grundstein für Vorhersagen über das Verhalten anderer Materialien.
Die praktische Anwendung dieser Forschung führte zur Entwicklung eines Pyrochlor-Magneten, der aus Zirkonium, Niob, Eisen und Kobalt besteht. Diese innovative Legierung erfährt über einen Temperaturbereich von mehr als 400 Grad Celsius eine Längenänderung von nur etwa einem Zehntausendstel Prozent. Die Variation der Kobaltkonzentration innerhalb des Materials führt zu unterschiedlichen Reaktionen auf Temperaturänderungen, wodurch ein präzises Gleichgewicht in der Zusammensetzung erreicht wird, das eine nahezu null thermische Ausdehnung erzielt.
Dieser Fortschritt verspricht nicht nur eine Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit von Luft- und Raumfahrtkomponenten, sondern ebnet auch den Weg für Innovationen in der Hochpräzisionselektronik, wo thermische Stabilität entscheidend ist.