Nicht-elektri­sche Aktoren stellen eine vielver­spre­chende Alter­na­tive für nachhal­tige und abgele­gene Anwen­dun­gen dar. Das Forschungs­vor­ha­ben befasst sich mit der Entwick­lung thermi­scher Mikro­ak­to­ren auf Basis thermo­ma­gne­ti­scher Dünnfilme, welche die materi­al­spe­zi­fi­sche Eigen­schaft des Magne­ti­sie­rungs­ver­lus­tes bei Überschrei­ten der Curie-Tempe­ra­tur ausnut­zen, um eine kontrol­lierte mecha­ni­sche Bewegung zu erzeu­gen. Im Gegen­satz zu konven­tio­nel­len Aktoren, die elektrisch angeregt werden, erfolgt die Ansteue­rung dieser Systeme rein thermisch. Dadurch entfällt der Bedarf an konti­nu­ier­li­cher elektri­scher Energie­zu­fuhr, was den Energie­ver­brauch erheb­lich reduziert.

Thermo­ma­gne­ti­sche Materia­lien (TM-Filme), wie magne­ti­sche Formge­dächt­nis­le­gie­run­gen auf Heusler-Basis oder ferro­ma­gne­ti­sche Systeme wie Lanthan-Eisen-Silizium-Legie­run­gen, zeich­nen sich durch eine tempe­ra­tur- und feldab­hän­gige Änderung ihrer Magne­ti­sie­rung aus. Diese Eigen­schaft macht sie beson­ders geeig­net für selbst­be­tä­ti­gende Mecha­nis­men in thermo­ma­gne­ti­schen Systemen.

Das zugrunde liegende Wirkprin­zip beruht auf dem thermo­ma­gne­ti­schen Effekt: Beim Erhit­zen über die Curie-Tempe­ra­tur verlie­ren diese Materia­lien ihre Magne­ti­sie­rung. Diese Änderung der magne­ti­schen Eigen­schaf­ten kann genutzt werden, um eine Bewegung eines Magne­ten zu induzie­ren, was wiederum zu einer mecha­ni­schen Aktua­tion führt (siehe Abbil­dung 1). Der entschei­dende Vorteil dieses Ansat­zes liegt in der Möglich­keit, auf externe elektri­sche Ansteue­rung vollstän­dig zu verzich­ten. Statt­des­sen können solche Systeme durch Umgebungs­wärme oder indus­tri­elle Abwärme betrie­ben werden, was einen beson­ders nachhal­ti­gen Aktua­ti­ons­an­satz ermög­licht. Im Mikro­maß­stab begüns­tigt das hohe Oberflä­chen-Volumen-Verhält­nis zudem eine schnelle Wärme­über­tra­gung und somit kurze Ansprech­zei­ten der Aktorik.

Das Forschungs­vor­ha­ben umfasst die Konzep­tion, mikro­struk­tu­rierte Ferti­gung sowie die experi­men­telle Charak­te­ri­sie­rung unter­schied­li­cher Aktor-Konfi­gu­ra­tio­nen. Ziel ist es, den mecha­ni­schen Output (Kraft und Weg), die Frequenz sowie die thermi­schen Antwort­zei­ten bei Kontakt signi­fi­kant zu verbes­sern. Durch die Optimie­rung dieser Leistungs­pa­ra­me­ter sollen thermo­ma­gne­ti­sche Aktoren als prakti­ka­ble Lösung für Anwen­dun­gen mit hohen Präzi­si­ons­an­for­de­run­gen etabliert werden.

Diese thermisch betrie­be­nen Mikro­ak­to­ren mit hohem Kraft­po­ten­zial bieten bedeu­tende Einsatz­mög­lich­kei­ten in fortschritt­li­chen Techno­lo­gien – insbe­son­dere durch kompakte, energie­ef­fi­zi­ente Aktua­tion in der Softro­bo­tik, für die draht­lose Bewegungs­steue­rung in biome­di­zi­ni­schen Instru­men­ten und für die präzise thermi­sche Abstim­mung in optischen und photo­ni­schen Systemen.