Сплав с памятью формы - Shape-memory alloy

Сплав с памятью формы (SMA) представляет собой сплав , который может быть деформирован при холодном , но возвращается к предварительно-деформированному ( «помнил») форму при нагревании. Он также может быть вызван памяти металла , сплава с эффектом памяти , смарт - металла , смарт - сплав , или мышечной проволоки .

Детали, изготовленные из сплавов с памятью формы, могут быть легкой твердотельной альтернативой обычным приводам, таким как гидравлические , пневматические и моторные системы. Их также можно использовать для герметизации металлических труб.

Обзор

Двумя наиболее распространенными сплавами с памятью формы являются медь - алюминий - никель и никель - титан ( NiTi ), но SMA также могут быть созданы путем легирования цинка , меди , золота и железа . Хотя SMA на основе железа и меди, такие как Fe- Mn-Si, Cu-Zn-Al и Cu-Al-Ni, коммерчески доступны и дешевле, чем NiTi, SMA на основе NiTi предпочтительнее для большинства приложений из-за их стабильность и практичность. и превосходные термомеханические характеристики. SMA могут существовать в двух разных фазах, с тремя различными кристаллическими структурами (т. Е. Двойниковым мартенситом, раздвоенным мартенситом и аустенитом) и шестью возможными превращениями.

Сплавы NiTi при охлаждении превращаются из аустенита в мартенсит ; M _f - температура, при которой завершается переход в мартенсит после охлаждения. Соответственно, во время нагрева A _s и A _f - это температуры, при которых превращение мартенсита в аустенит начинается и заканчивается. Повторное использование эффекта памяти формы может привести к сдвигу характерных температур трансформации (этот эффект известен как функциональная усталость, поскольку он тесно связан с изменением микроструктурных и функциональных свойств материала). Максимальная температура, при которой SMA больше не могут быть вызваны напряжением, называется M _d , когда SMA постоянно деформируются.

Переход от мартенситной фазы к аустенитной фазе зависит только от температуры и напряжения, а не от времени, как и большинство фазовых переходов, поскольку диффузия отсутствует. Точно так же структура аустенита получила свое название от стальных сплавов схожей структуры. Именно обратимый бездиффузионный переход между этими двумя фазами приводит к особым свойствам. В то время как мартенсит может быть образован из аустенита путем быстрого охлаждения углерода - сталь , этот процесс не является обратимым, так что сталь не обладает свойствами , с памятью формы.

На этом рисунке ξ (T) представляет долю мартенсита. Разница между переходом нагрева и переходом охлаждения вызывает гистерезис, при котором часть механической энергии теряется в процессе. Форма кривой зависит от свойств материала сплава с памятью формы, таких как состав сплава и деформационное упрочнение .

Эффект памяти формы

Воспроизвести медиа

Эта анимация иллюстрирует полный эффект памяти формы:

1. Охлаждение от аустенита до (двойникового) мартенсита, которое происходит либо в начале срока службы SMA, либо в конце теплового цикла.
2. Приложение напряжения для отделения мартенсита.
3. Нагрев мартенсита для преобразования аустенита с восстановлением первоначальной формы.
4. Охлаждение аустенита обратно до двойникового мартенсита.

Эффект памяти формы (SME) возникает из-за того, что фазовое превращение, вызванное температурой, обращает деформацию, как показано на предыдущей кривой гистерезиса. Обычно мартенситная фаза моноклинная или ромбическая (B19 'или B19 ). Поскольку эти кристаллические структуры не имеют достаточного количества систем скольжения для легкого движения дислокаций, они деформируются путем двойникования - или, скорее, расщепления двойников.

Мартенсит термодинамически предпочтителен при более низких температурах, в то время как аустенит ( кубический B2 ) термодинамически предпочтителен при более высоких температурах. Поскольку эти структуры имеют разные размеры решетки и симметрию, охлаждение аустенита до мартенсита приводит к появлению внутренней энергии деформации в мартенситной фазе. Чтобы уменьшить эту энергию, мартенситная фаза образует множество двойников - это называется «самоаккомодирующимся двойникованием» и представляет собой двойниковую версию геометрически необходимых дислокаций . Поскольку сплав с памятью формы будет производиться при более высоких температурах и обычно конструируется так, чтобы мартенситная фаза преобладала при рабочей температуре, чтобы воспользоваться эффектом памяти формы, SMA «начинают» сильно двойниковые.

Когда мартенсит нагружен, эти самоприкладывающиеся двойники обеспечивают легкий путь деформации. Приложенные напряжения будут разъединять мартенсит, но все атомы остаются в одном и том же положении относительно соседних атомов - никакие атомные связи не разрываются или не реформируются (как при движении дислокации). Таким образом, когда температура повышается и аустенит становится термодинамически благоприятным, все атомы перестраиваются в структуру B2, которая оказывается той же макроскопической формы, что и форма до деформации B19 '. Это фазовое преобразование происходит очень быстро и придает SMA характерный "щелчок".

Односторонняя и двусторонняя память формы

Сплавы с памятью формы обладают различными эффектами памяти формы. Два общих эффекта - это односторонняя и двусторонняя память формы. Схема эффектов показана ниже.

Процедуры очень похожи: начиная с мартенсита (a), добавляя обратимую деформацию для одностороннего эффекта или сильную деформацию с необратимой величиной для двустороннего (b), нагревая образец (c) и снова охлаждая его ( г).

Односторонний эффект памяти

Когда сплав с памятью формы находится в холодном состоянии (ниже A _s ), металл может изгибаться или растягиваться и будет сохранять эти формы до тех пор, пока не нагреется выше температуры перехода. При нагревании форма становится исходной. Когда металл снова остынет, он сохранит форму до тех пор, пока снова не деформируется.

При одностороннем эффекте охлаждение от высоких температур не вызывает макроскопического изменения формы. Для создания низкотемпературной формы необходима деформация. При нагревании превращение начинается при A _s и завершается при A _f (обычно от 2 до 20 ° C или выше, в зависимости от сплава или условий нагрузки). A _s определяется типом и составом сплава и может варьироваться от-150 ° С и200 ° С .

Двусторонний эффект памяти

Двусторонний эффект памяти формы - это эффект, при котором материал запоминает две разные формы: одну при низких температурах, а другую при высокой. Говорят, что материал, который проявляет эффект памяти формы при нагревании и охлаждении, обладает двусторонней памятью формы. Этого также можно добиться без приложения внешней силы (внутренний двусторонний эффект). Причина, по которой материал ведет себя по-разному в этих ситуациях, кроется в обучении. Тренировка подразумевает, что память формы может «научиться» вести себя определенным образом. В нормальных условиях сплав с памятью формы «запоминает» свою низкотемпературную форму, но при нагревании для восстановления высокотемпературной формы немедленно «забывает» низкотемпературную форму. Однако его можно «обучить» «запоминать» оставлять некоторые напоминания о деформированном низкотемпературном состоянии в высокотемпературных фазах. Есть несколько способов сделать это. Дрессированный объект определенной формы, нагретый до определенной точки, утратит эффект двусторонней памяти.

Псевдоупругость

SMA демонстрируют явление, иногда называемое сверхупругостью, но более точно описываемое как псевдоупругость . «Сверхупругость» означает, что атомные связи между атомами растягиваются до предельной длины, не вызывая пластической деформации. Псевдоупругость по-прежнему позволяет достичь больших восстанавливаемых деформаций с небольшой остаточной деформацией или без нее, но она основана на более сложных механизмах.

Воспроизвести медиа

Анимация псевдоупругости

SMA проявляют по крайней мере 3 вида псевдоупругости. Двумя менее изученными видами псевдоупругости являются образование псевдодвойников и каучукоподобное поведение из-за ближнего порядка.

При напряжениях выше мартенситного напряжения (A) аустенит превратится в мартенсит и вызовет большие макроскопические деформации до тех пор, пока аустенит не останется (C). После разгрузки мартенсит превратится в аустенитную фазу под действием аустенитного напряжения (D), при этом деформация будет восстанавливаться до тех пор, пока материал не станет полностью аустенитным и не останется практически никакой деформации.

Основной псевдоупругий эффект возникает из-за фазового превращения, вызванного напряжением. На рисунке справа показано, как происходит этот процесс.

Здесь нагрузка изотермически прикладывается к SMA выше конечной температуры аустенита A _f , но ниже температуры деформации мартенсита M _d . На приведенном выше рисунке показано, как это возможно, путем связывания фазового превращения, вызванного псевдоупругим напряжением, с фазовым превращением, вызванным эффектом памяти формы, вызванным температурой. Для конкретной точки на A _f можно выбрать точку на линии M _s  с более высокой температурой, если эта точка M _d также имеет более высокое напряжение . Материал изначально демонстрирует типичные для металлов упругопластические свойства. Однако, как только материал достигает мартенситного напряжения, аустенит превратится в мартенсит и детвин. Как обсуждалось ранее, это разделение двойников обратимо при обратном превращении мартенсита в аустенит. При приложении больших напряжений пластическое поведение, такое как разделение двойников и скольжение мартенсита, будет инициироваться на таких участках, как границы зерен или включения. Если материал будет разгружен до того, как произойдет пластическая деформация, он превратится в аустенит после достижения критического напряжения для аустенита (σ _as ). Материал восстановит почти всю деформацию, вызванную структурным изменением, а для некоторых SMA это может быть деформация более 10 процентов. Эта петля гистерезиса показывает работу, проделанную для каждого цикла материала между состояниями малых и больших деформаций, что важно для многих приложений.

График зависимости напряжения от температуры линий мартенсита и аустенита в сплаве с памятью формы.

На графике зависимости деформации от температуры начальная и конечная линии аустенита и мартенсита проходят параллельно. SME и псевдоупругость на самом деле являются разными частями одного и того же явления, как показано слева.

Ключом к большим деформациям деформации является различие в кристаллической структуре двух фаз. Аустенит обычно имеет кубическую структуру, в то время как мартенсит может быть моноклинным или иметь другую структуру, отличную от исходной фазы, обычно с более низкой симметрией. Для моноклинного мартенситного материала, такого как нитинол, моноклинная фаза имеет более низкую симметрию, что важно, поскольку определенные кристаллографические ориентации будут приспосабливаться к более высоким напряжениям по сравнению с другими ориентациями под действием приложенного напряжения. Таким образом, следует, что материал будет иметь тенденцию к формированию ориентации, которая максимизирует общую деформацию до любого увеличения приложенного напряжения. Одним из механизмов, который способствует этому процессу, является двойникование мартенситной фазы. В кристаллографии двойная граница - это двумерный дефект, в котором наложение атомных плоскостей решетки отражается поперек плоскости границы. В зависимости от напряжения и температуры эти процессы деформации будут конкурировать с остаточной деформацией, такой как скольжение.

Важно отметить, что σ _ms зависит от таких параметров, как температура и количество центров зародышеобразования для фазового зародышеобразования. Интерфейсы и включения дадут общие места для начала превращения, и если их много, это увеличит движущую силу для зародышеобразования. Потребуется меньшее σ _мс , чем для гомогенного зародышеобразования. Аналогичным образом, повышение температуры уменьшит движущую силу фазового превращения, поэтому потребуется большее значение σ _ms . Можно видеть, что по мере увеличения рабочей температуры SMA, σ _ms будет больше, чем предел текучести, σ _y , и сверхупругость больше не будет наблюдаться.

История

Первые зарегистрированные шаги к открытию эффекта памяти формы были предприняты в 1930-х годах. Согласно Оцуке и Уэйману , Арне Оландер обнаружил псевдоупругое поведение сплава Au-Cd в 1932 году. Гренингер и Мурадиан (1938) наблюдали образование и исчезновение мартенситной фазы при понижении и повышении температуры сплава Cu-Zn. Об основном явлении эффекта памяти, обусловленном термоупругим поведением мартенситной фазы, десять лет спустя широко сообщили Курджумов и Хандрос (1949), а также Чанг и Рид (1951).

Никель-титановые сплавы были впервые разработаны в 1962–1963 годах Военно-морской артиллерийской лабораторией США и поступили на рынок под торговым наименованием Nitinol (аббревиатура от Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratories). Их замечательные свойства были обнаружены случайно. Образец, который много раз изгибался, был представлен на заседании руководства лаборатории. Один из младших технических директоров, доктор Дэвид С. Муззи, решил посмотреть, что произойдет, если образец будет подвергнут нагреву, и поднес к нему свою трубку-зажигалку. К всеобщему изумлению, образец вернулся к своей первоначальной форме.

Существует еще один тип SMA, называемый ферромагнитным сплавом с памятью формы (FSMA), который меняет форму под действием сильных магнитных полей. Эти материалы представляют особый интерес, поскольку магнитный отклик имеет тенденцию быть быстрее и эффективнее, чем отклик, индуцированный температурой.

Металлические сплавы - не единственные термочувствительные материалы; Также были разработаны полимеры с памятью формы , которые стали коммерчески доступными в конце 1990-х годов.

Кристаллические структуры

Многие металлы имеют несколько различных кристаллических структур одного и того же состава, но большинство металлов не проявляют этого эффекта памяти формы. Особое свойство, которое позволяет сплавам с памятью формы возвращаться к своей исходной форме после нагрева, заключается в том, что их кристаллическое преобразование полностью обратимо. В большинстве преобразований кристаллов атомы в структуре будут перемещаться через металл путем диффузии, локально изменяя состав, даже если металл в целом состоит из одних и тех же атомов. Обратимое преобразование не включает диффузию атомов, вместо этого все атомы сдвигаются одновременно, чтобы сформировать новую структуру, во многом так же, как параллелограмм можно сделать из квадрата, нажав на две противоположные стороны. При разных температурах предпочтительны разные структуры, и когда структура охлаждается до температуры перехода, мартенситная структура образуется из аустенитной фазы.

Производство

Сплавы с памятью формы обычно производятся путем литья с использованием вакуумно-дуговой плавки или индукционной плавки. Это специальные методы, используемые для сведения к минимуму примесей в сплаве и обеспечения хорошего перемешивания металлов. Затем слиток подвергается горячей прокатке на более длинные секции, а затем вытягивается, чтобы превратить его в проволоку.

Способ «тренировки» сплавов зависит от желаемых свойств. «Тренировка» определяет форму, которую сплав будет помнить при нагревании. Это происходит за счет нагрева сплава, так что дислокации перестраиваются в стабильные положения, но не настолько горячие, чтобы материал рекристаллизовался . Они нагреваются до400 ° C и500 ° C в течение 30 минут, формуют в горячем состоянии, а затем быстро охлаждают путем закалки в воде или путем охлаждения воздухом.

Характеристики

Сплавы на основе меди и NiTi с памятью формы считаются конструкционными материалами. Эти композиции могут быть изготовлены практически любой формы и размера.

Предел текучести сплавов с памятью формы ниже, чем у обычной стали, но некоторые составы имеют более высокий предел текучести, чем пластик или алюминий. Предел текучести для Ni Ti может достигать500  МПа . Высокая стоимость самого металла и требования к обработке делают сложным и дорогостоящим внедрение SMA в конструкцию. В результате эти материалы используются в приложениях, где можно использовать сверхэластичные свойства или эффект памяти формы. Чаще всего применяется срабатывание.

Одним из преимуществ использования сплавов с памятью формы является высокий уровень восстанавливаемой пластической деформации, которая может быть вызвана. Максимальное восстанавливаемое напряжение, которое эти материалы могут выдерживать без необратимого повреждения, составляет до8% для некоторых сплавов. Это сравнимо с максимальной нагрузкой.0,5% для обычных сталей.

Практические ограничения

SMA имеет много преимуществ перед традиционными приводами, но страдает рядом ограничений, которые могут препятствовать практическому применению. В многочисленных исследованиях подчеркивалось, что только некоторые из запатентованных применений сплавов с памятью формы являются коммерчески успешными из-за материальных ограничений в сочетании с отсутствием знаний о материалах и конструкции и связанных инструментов, таких как неправильные подходы к проектированию и используемые методы. Проблемы при разработке приложений SMA состоят в том, чтобы преодолеть их ограничения, которые включают относительно небольшую полезную деформацию, низкую частоту срабатывания, низкую управляемость, низкую точность и низкую энергоэффективность.

Время отклика и симметрия отклика

Приводы SMA обычно приводятся в действие электрически, где электрический ток вызывает джоулев нагрев . Деактивация обычно происходит за счет свободной конвективной передачи тепла в окружающую среду. Следовательно, срабатывание SMA обычно асимметрично, с относительно быстрым временем срабатывания и медленным временем отключения. Был предложен ряд методов для уменьшения времени дезактивации SMA, включая принудительную конвекцию и отстранение SMA проводящим материалом, чтобы управлять скоростью теплопередачи.

Новые методы, позволяющие повысить эффективность приводов SMA, включают использование проводящего « запаздывания ». В этом методе используется термопаста для быстрого отвода тепла от SMA за счет теплопроводности. Это тепло легче передается в окружающую среду за счет конвекции, поскольку внешние радиусы (и площадь теплопередачи) значительно больше, чем у неизолированного провода. Этот метод приводит к значительному сокращению времени деактивации и симметричному профилю активации. Вследствие повышенной скорости теплопередачи увеличивается ток, необходимый для достижения заданной силы срабатывания.

Сравнительная характеристика зависимости силы от времени для сплава Ni-Ti с памятью формы без покрытия и с отставанием.

Структурная усталость и функциональная усталость

SMA подвержен структурной усталости - режиму разрушения, при котором циклическое нагружение приводит к возникновению и распространению трещины, что в конечном итоге приводит к катастрофической потере функции из-за разрушения. Физика, лежащая в основе этого режима усталости, заключается в накоплении микроструктурных повреждений во время циклического нагружения. Этот режим отказа наблюдается в большинстве конструкционных материалов, а не только в SMA.

SMA также подвержены функциональной усталости, режиму разрушения, не типичному для большинства конструкционных материалов, в результате чего SMA не разрушается структурно, а со временем теряет свои характеристики памяти формы / сверхупругости. В результате циклического нагружения (как механического, так и термического) материал теряет способность претерпевать обратимые фазовые превращения. Например, рабочий объем привода уменьшается с увеличением количества циклов. Физика, стоящая за этим, заключается в постепенном изменении микроструктуры, а точнее, накоплении аккомодационных дислокаций скольжения . Часто это сопровождается значительным изменением температуры превращения. Конструкция приводов SMA также может влиять как на структурную, так и на функциональную усталость SMA, например, конфигурации шкивов в системе SMA-Pulley.

Непреднамеренное срабатывание

Приводы SMA обычно приводятся в действие электрически за счет джоулева нагрева . Если SMA используется в среде, где температура окружающей среды не контролируется, может произойти непреднамеренное срабатывание из-за нагрева окружающей среды.

Приложения

Промышленные

Самолеты и космические аппараты

Boeing , General Electric Aircraft Engines , Goodrich Corporation , НАСА , Техасский университет A&M и All Nippon Airways разработали Chevron с изменяемой геометрией с использованием NiTi SMA. Такая конструкция сопла с регулируемой площадью сечения (VAFN) позволит в будущем создавать более тихие и более эффективные реактивные двигатели. В 2005 и 2006 годах компания Boeing успешно провела летные испытания этой технологии.

SMA исследуются как гасители вибрации для ракет-носителей и коммерческих реактивных двигателей. Большой гистерезис, наблюдаемый во время сверхупругого эффекта, позволяет SMA рассеивать энергию и гасить колебания. Эти материалы обещают снизить высокие вибрационные нагрузки на полезные нагрузки во время запуска, а также на лопасти вентиляторов в коммерческих реактивных двигателях, что позволяет создавать более легкие и эффективные конструкции. SMA также обладают потенциалом для других применений с высокими ударными нагрузками, таких как шарикоподшипники и шасси.

Также существует большой интерес к использованию SMA для различных приложений исполнительных механизмов в коммерческих реактивных двигателях, что значительно снизит их вес и повысит эффективность. Однако в этой области необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы повысить температуры превращения и улучшить механические свойства этих материалов, прежде чем их можно будет успешно реализовать. Обзор последних достижений в области высокотемпературных сплавов с памятью формы (HTSMA) представлен Ma et al.

Также изучаются различные технологии трансформации крыльев.

Автомобильная промышленность

Первым продуктом большого объема (> 5 миллионов приводов в год) является автомобильный клапан, используемый для управления пневматическими баллонами низкого давления в автокресле, которые регулируют контур поясничной опоры / валиков. Общие преимущества SMA по сравнению с традиционно используемыми соленоидами в этом приложении (более низкий уровень шума / ЭМС / вес / форм-фактор / энергопотребление) стали решающим фактором в решении заменить старую стандартную технологию на SMA.

Chevrolet Corvette 2014 года стал первым автомобилем, оснащенным исполнительными механизмами SMA, которые заменили более тяжелые моторизованные исполнительные механизмы для открывания и закрывания вентиляционного люка, через который воздух выходит из багажника, что упрощает его закрытие. Также нацелены на множество других приложений, включая электрические генераторы для выработки электричества из тепла выхлопных газов и воздушные заслонки по запросу для оптимизации аэродинамики на различных скоростях.

Робототехника

Также были ограниченные исследования по использованию этих материалов в робототехнике , например, в роботах-любителях Стикито (и «Роботерфрау Лара»), поскольку они позволяют создавать очень легких роботов. Недавно Loh et al. Представили протез руки. который может почти копировать движения человеческой руки [Loh2005]. Другие области применения биомиметики также изучаются. Слабыми сторонами технологии являются неэффективность использования энергии, медленное время отклика и большой гистерезис .

Клапаны

SMA также используются для приведения в действие клапанов . Клапаны SMA особенно компактны.

Биоинженерная роботизированная рука

Есть несколько прототипов руки робота на основе SMA, которые используют эффект памяти формы (SME) для перемещения пальцев.

Гражданские сооружения

SMA находят множество применений в гражданских конструкциях, таких как мосты и здания. Одним из таких приложений является интеллектуальный армированный бетон (IRC), который включает провода SMA, встроенные в бетон. Эти провода могут ощущать трещины и сжиматься, чтобы залечить микротрещины. Другое применение - активная настройка собственной частоты конструкции с помощью проводов SMA для гашения вибраций.

Трубопровод

Первым потребительским коммерческим применением была муфта с памятью формы для трубопроводов, например нефтепроводов для промышленного применения, водопроводных труб и аналогичных типов трубопроводов для бытовых / коммерческих применений.

Телекоммуникации

Вторым массовым применением был привод автофокуса (AF) для смартфона . В настоящее время несколько компаний работают над модулем оптической стабилизации изображения (OIS), управляемым проводами из SMA.

Медицина

Сплавы с памятью формы применяются в медицине, например, в качестве фиксирующих устройств для остеотомий в ортопедической хирургии , в качестве исполнительного механизма в хирургических инструментах; активные управляемые хирургические иглы для минимально инвазивных вмешательств при чрескожном раке в хирургических процедурах, таких как биопсия и брахитерапия , в стоматологических скобах для приложения постоянных сил, перемещающих зубы, в капсульной эндоскопии они могут использоваться в качестве триггера для действия биопсии.

В конце 80-х годов прошлого века нитинол был коммерчески внедрен в качестве вспомогательной технологии в ряде малоинвазивных эндоваскулярных медицинских применений. Будучи более дорогостоящими, чем нержавеющая сталь, саморасширяющиеся свойства нитиноловых сплавов, изготовленных для BTR (температурный отклик тела), представляют собой привлекательную альтернативу устройствам, расширяемым баллоном, в стент-графтах, где они дают возможность адаптироваться к форме определенных кровеносных сосудов, когда подвергается воздействию температуры тела. В среднем,50% всех стентов для периферических сосудов, доступных в настоящее время на мировом рынке, производятся с использованием нитинола.

Оптометрии

Оправы для очков, изготовленные из титансодержащих SMA, продаются под торговыми марками Flexon и TITANflex. Эти оправы обычно изготавливаются из сплавов с памятью формы, для которых температура перехода установлена ​​ниже ожидаемой комнатной температуры. Это позволяет каркасам претерпевать большую деформацию под воздействием напряжения, но при этом возвращать свою заданную форму после того, как металл снова будет разгружен. Очень большие, по-видимому, упругие деформации возникают из-за вызванного напряжением мартенситного эффекта, когда кристаллическая структура может трансформироваться под нагрузкой, позволяя временно изменять форму под нагрузкой. Это означает, что очки, изготовленные из сплавов с памятью формы, более устойчивы к случайным повреждениям.

Ортопедическая хирургия

Металл с эффектом памяти использовался в ортопедической хирургии в качестве фиксирующе-компрессионного устройства при остеотомии , как правило, при операциях на нижних конечностях. Устройство, обычно в форме большой скобы, хранится в холодильнике в податливой форме и имплантируется в предварительно просверленные отверстия в кости через остеотомию. По мере того, как скоба нагревается, она возвращается в не податливое состояние и сжимает костные поверхности вместе, чтобы способствовать сращению костей.

Стоматология

Спектр приложений для SMA с годами вырос, и основной областью развития является стоматология. Одним из примеров является широкое распространение брекетов, в которых используется технология SMA для приложения постоянных сил перемещения зубов на зубы; Нитиноловая дуга была разработана в 1972 году ортодонта Джордж Андреасена . Это произвело революцию в клинической ортодонтии. Сплав Андреасена обладает структурной памятью формы, расширяясь и сжимаясь в заданных диапазонах температур из-за его геометрического программирования.

Позже Хармит Д. Валиа использовал этот сплав для изготовления файлов корневых каналов для эндодонтии .

Эссенциальный тремор

Традиционные методы активного подавления тремора используют электрические, гидравлические или пневматические системы для приведения объекта в действие в направлении, противоположном возмущению. Однако эти системы ограничены из-за большой инфраструктуры, необходимой для получения больших амплитуд мощности на частотах сотрясения человека. SMA зарекомендовали себя как эффективный метод приведения в действие в портативных приложениях и позволили создать устройства активного подавления тремора нового класса. Одним из недавних примеров такого устройства является ложка Liftware , разработанная Lift Labs, дочерней компанией Verily Life Sciences .

Двигатели

Экспериментальные твердотельные тепловые двигатели, работающие при относительно небольших перепадах температур в резервуарах с холодной и горячей водой, были разработаны с 1970-х годов, в том числе Banks Engine, разработанный Ridgway Banks .

Ремесла

Поставляется небольшой круглой длины для использования в браслетах без прикрепления.

Отопление и охлаждение

Немецкие ученые из Саарландского университета создали прототип устройства, передающего тепло с помощью проволоки из сплава никель-титан («нитинол»), намотанной вокруг вращающегося цилиндра. Когда цилиндр вращается, тепло поглощается с одной стороны и выделяется с другой, поскольку проволока переходит из своего «сверхупругого» состояния в ненагруженное. Согласно статье 2019 года, опубликованной Саарландским университетом, эффективность передачи тепла оказывается выше, чем у обычного теплового насоса или кондиционера.

Практически все кондиционеры и тепловые насосы, которые используются сегодня, используют парокомпрессию хладагентов . Со временем некоторые из хладагентов, используемых в этих системах, просачиваются в атмосферу и способствуют глобальному потеплению . Если новая технология, в которой не используются хладагенты, окажется экономичной и практичной, она может стать значительным прорывом в усилиях по уменьшению изменения климата.

Материалы

Различные сплавы проявляют эффект памяти формы. Легирующие компоненты можно регулировать для контроля температуры превращения SMA. Некоторые распространенные системы включают следующее (далеко не исчерпывающий список):

использованная литература

внешние ссылки

СМИ, связанные с материалами с памятью формы на Викискладе?