اختراق في سبيكة ذاكرة الشكل: 10 مليون دورة انحناء قبل الفشل

أنتج فريق من الباحثين من جامعة ميريلاند (الولايات المتحدة) وجامعة كيل (ألمانيا) سبيكة معدنية يمكن تشويهها وتسخينها 10 ملايين مرة قبل الفشل - وهو إنجاز مرحب به للتطبيقات طويلة المدى عالية الدورة مثل الوريد. الدعامات ، وصمامات القلب الاصطناعية ، وهياكل أجنحة الطائرات ، وغيرها من المنتجات التي يكون فيها التشوه الهيكلي القابل للانعكاس بشكل متكرر وطول العمر أمرًا بالغ الأهمية.

كما يوحي الاسم ، أ سبيكة ذاكرة الشكل (SMA) هي مادة مصنوعة من العديد من المعادن (سبيكة) 'تتذكر' شكلها الأصلي. عندما يكون مثنيًا أو مشوهًا هيكليًا بطريقة أخرى ، فإن الإجهاد (على شكل حرارة أو تيار كهربائي) يتسبب في عودة SMA إلى تصميمه الأصلي. يمكن أن يكون هذا إما تحولًا عنيفًا أو لطيفًا ، حسب التطبيق. هذه الخاصية الرائعة مشتقة من انتقال الطور الذي يحدث داخل المادة. يرجع ذلك إلى أمرين: التركيب المعدني نفسه ، وأن الطاقة المنقولة إلى النظام تحت التشوهات الهيكلية لا تتجاوز ما يسمى حدود الطاقة الخاصة بقابلية الانعكاس داخل النظام.

ال شكل تأثير الذاكرة تم اكتشافه في عام 1963 في مركب من التيتانيوم والنيكل. تم استخدام هذا المزيج المعدني منذ ذلك الحين في SMAs القياسية. حتى الآن ، تم العثور على مركبات التيتانيوم والنيكل تطبيق واسع الانتشارفي مجموعة متنوعة من المجالات. ومع ذلك ، فإن ما حد من SMAs لاعتماده على نطاق واسع حتى الآن ذو شقين: إعياء(في النهاية فشلوا) و الافتقار إلى الانعكاس الكامل (لا يعودون إلى 100٪ بالضبط من شكلهم الأصلي). هذا يمثل مشكلة بالنسبة للتطبيقات الواقعية طويلة الأجل. على سبيل المثال ، في صناعة الطب الحيوي ، يجب ضمان أن تدوم الدعامة الوريدية (وهي بنية أسطوانية تحافظ على الأوردة التالفة مفتوحة) إلى أجل غير مسمى ، ومع ذلك تعود إلى شكلها الأصلي عند ضغطها (مشوهة).

مثال على هيكل دعامة من سبيكة ذاكرة الشكل - بإذن من Ellacs

اتضح أنه من خلال إضافة بعض العناصر الأخرى إلى خليط التيتانيوم والنيكل ، من الممكن ضبط خصائصه الميكانيكية والكيميائية الحيوية ودرجة الحرارة (على سبيل المثال لا الحصر). ورقة الباحثين المنشورة في المجلة الأكاديميةعلم، يصف كيف ، من خلال تضمين جزيئات الشوائب الصغيرة المصنوعة من التيتانيوم والنحاس (Ti2Cu) ، يمكن أن تتحمل SMAs التشوه وإعادة التشكيل حتى 10 ملايين مرة. بالنسبة للسياق ، فإن سجل الدورات العكسية السابق للحصول على SMA عالي الأداء هو16000 مرة- جعل هذا التحسن أكثر من 600 مرة ، وهو أمر رائع للغاية.

في البحث عن SMAs عالية الأداء ، وجد الباحثون أنه بدلاً من استخدام نهج مركب مجمع ، باستخدام جزيئات Ti2Cu الصغيرة ، والتي كانت متوافقة في كلتا مرحلتي السبيكة (على عكس الأخير) ، فقد سمح بالعديد من الدورات الكاملة القابلة للتكرار أكثر من الجهود السابقة.


مع هذه الزيادة الهائلة في الأداء الناتجة عن إضافة صغيرة من الجزيئات الصغيرة ، من الصعب التنبؤ بمدى إطالة العمر دون مزيد من البحث. في كلتا الحالتين ، يفتح هذا الاختراق الباب أمام إمكانيات جديدة في مجالات الطب الحيوي والطيران.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com