12.11.2021 - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V.

Alineación precisa de muestras en condiciones extremas

Prototipo ya en uso

La alineación angular exacta de materiales de muestra para la determinación de sus propiedades físicas en condiciones extremas suele ser difícil. El ingeniero Stefan Findeisen y el físico Dr. Hannes Kühne, del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), han desarrollado el "Rotax", un rotador filigranado de dos ejes que puede hacer precisamente eso. Ahora, el dispositivo está listo para conquistar el mercado.

En muchos montajes de medición modernos, las muestras que deben examinarse no pueden alinearse directamente porque están instaladas en un entorno complejo. Así, los científicos sólo pueden alinearlas correctamente por control remoto. Sin embargo, a menudo es necesario realizar todas las orientaciones posibles, con un espacio de muestra disponible que sólo tiene el tamaño de un dedal. "Esta es una situación típica que encontramos una y otra vez cuando queremos medir magnitudes físicas en condiciones extremas, por ejemplo en campos magnéticos muy fuertes o cerca del cero absoluto de temperatura", dice Hannes Kühne, del Laboratorio de Altos Campos Magnéticos (HLD) de Dresde, en el HZDR, describiendo el punto de partida de la colaboración conjunta.

El nuevo desarrollo de los dos investigadores de Dresde ofrece ahora una forma de alinear materiales de muestra en tales situaciones experimentales a través de dos ejes de rotación con alta precisión. Los dispositivos comerciales a menudo sólo permiten la rotación alrededor de un eje, accionado mecánica o piezoeléctricamente. En las variantes de diseño propio para la rotación en torno a dos ejes, por ejemplo, el montaje de medición completo se monta de forma rotativa. "En algunos laboratorios existen soluciones de dos ejes bastante improvisadas que, sin embargo, suelen tener sus trampas por falta de conocimientos técnicos. Pero aquí, in situ, tenemos las mejores posibilidades de aplicar en la práctica las ideas de la investigación", señala Stefan Findeisen, una de las ventajas del trabajo de desarrollo en la HZDR: "Esto se relaciona específicamente con el alto nivel de conocimientos de ingeniería que ofrece nuestro Departamento de Tecnología de la Investigación."

Prototipo ya en uso

La particularidad del nuevo invento es la posibilidad de controlar simultáneamente dos ejes de rotación que son perpendiculares entre sí y que pueden moverse de forma independiente. Esto permite alinear con precisión las muestras investigadas con respecto a un campo electromagnético externo, por ejemplo, y hacerlo en un espacio muy reducido. "Los materiales utilizados son no magnéticos. Esto evita la generación de campos magnéticos parásitos durante nuestras mediciones. Todos los componentes relevantes están fabricados con el plástico polieteretercetona, que apenas se desgasta y resiste sin daños incluso las temperaturas más bajas", nombra Stefan Findeisen las excelentes propiedades del material elegido. Sin embargo, el Rotax también puede estar hecho de material metálico, como el latón, sin ningún problema, si un buen acoplamiento térmico de la muestra a bajas temperaturas juega un papel decisivo.

En HLD ya existen prototipos de dos tamaños diferentes que se utilizan para las mediciones criogénicas: "Hemos integrado uno de los nuevos rotadores de dos ejes con un portamuestras intercambiable en un sistema comercial de medición criogénica", informa y aclara Hannes Kühne: "La resonancia magnética nuclear, la resistencia eléctrica, la conductividad térmica o la magnetización de materiales en campos magnéticos elevados: ahora podemos medir todas estas propiedades con mucha más facilidad. Esto se refleja, por ejemplo, en una alineación más precisa de las muestras y en tiempos de medición más cortos."

De camino a la comercialización

Las posibles áreas de aplicación del "Rotax" son múltiples: van desde la determinación de las propiedades físicas de nuevos tipos de materiales hasta las aplicaciones espectroscópicas en química y los procedimientos de obtención de imágenes en la investigación fundamental y orientada a las aplicaciones. La automatización de las mediciones permite un rendimiento de datos mucho mayor en comparación con una solución operada manualmente. Mediante la integración de los desarrollos futuros previstos de "Rotax" en las configuraciones existentes, también será posible "exponer" las muestras a los rayos X o a los haces de neutrones de forma rápida y precisa desde todas las perspectivas de manera controlada.

La invención ya ha sido patentada. La empresa HZDR Innovation GmbH permite a los dos científicos comercializar el "Rotax" y vende el producto bajo licencia. Hay demanda: "Según estimaciones aproximadas, hay varios miles de configuraciones de medición en todo el mundo en las que se podría utilizar el rotador de dos ejes integrándolo en dispositivos de medición complejos", subraya la Dra. Stefanie Hartmann, que apoya el proyecto como directora de innovación. En la actualidad, se están realizando varias consultas de clientes internacionales; un laboratorio de Francia ha hecho un primer pedido. Un socio industrial de Turingia ya ha manifestado un gran interés en utilizar "Rotax" para su instalación en complejos equipos de medición de resonancia magnética nuclear. Todos los componentes se fabrican en empresas especializadas de la zona de Dresde.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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