211service.com
Inteligentna pianka
Naukowcy stworzyli lżejszy i potencjalnie tańszy rodzaj stopu z pamięcią kształtu: materiały, które zmieniają kształt w odpowiedzi na pole magnetyczne, ale pamiętają swój pierwotny kształt. Nowy materiał, porowata pianka wykonana ze stopu niklowo-manganowo-galowego, lekko się rozciąga pod wpływem pola magnetycznego. Zachowuje swoją nową formę po wyłączeniu pola, ale powraca do pierwotnego kształtu po obróceniu pola o 90 stopni.
Pianka pamięciowa: Pianka niklowo-manganowo-galowa ma właściwości zapamiętywania kształtu stopu, ale jest lżejsza i tańsza w wykonaniu niż inne formy materiału.
Większość stopów z pamięcią kształtu jest napędzana zmianami temperatury. Stopy napędzane magnetycznie reagują jednak szybciej niż te, które reagują na temperaturę. Inną ważną zaletą materiałów, które zmieniają kształt pod wpływem pola magnetycznego, jest to, że można je aktywować na odległość, mówi Robert O’Handley , badacz materiałoznawstwa i inżynierii w MIT. Ponieważ materiały magnetyczne z pamięcią kształtu można zdalnie zmieniać, mówi, że są one szczególnie obiecujące w zastosowaniach biomedycznych. Mógłbyś zrobić stent, w którym przykładasz do niego pole magnetyczne z zewnątrz ciała i stopniowo otwierasz tętnicę, mówi.
Jednak wytwarzanie stopów magnetycznych z pamięcią kształtu było trudne i kosztowne. Nowy stop mógłby być tańszy i łatwiejszy w syntezie.
I może być przydatny w urządzeniach, które wymagają bardzo precyzyjnego, powtarzalnego i szybkiego pozycjonowania, mówi David Dunand , profesor materiałoznawstwa i inżynierii na Northwestern University. Dunand kierował pracami nad nowym stopem z Piotr Müllner , profesor nadzwyczajny na Boise State University. Urządzenia te obejmują mikroskopy, maleńkie lusterka używane w komunikacji optycznej oraz roboty używane w medycynie. Ponieważ pianka jest lekka, może prowadzić do zastosowań w przemyśle lotniczym, takich jak skrzydła samolotów, które zmieniają się w bardziej aerodynamiczne.
Stop, którego używali Dunand i jego koledzy, nie jest nowy. Wiadomo, że pojedyncze kryształy niklu, manganu i galu rozciągają się o 10% pod wpływem pola magnetycznego. Ale monokryształy, w których wszystkie atomy są upakowane w regularny, powtarzający się wzór, są drogie i czasochłonne w produkcji.
Zwykle problem polega na tym, że w metalach polikrystalicznych poszczególne kryształy mają losową orientację. W obecności pola magnetycznego rozciągają się one w różnych kierunkach, napierając na siebie i niwelując wzajemnie swoje ruchy, mówi Dunand. Marzeniem jest zrobienie polikryształu, ale w jakiś sposób dać przestrzeń [poszczególnym kryształom], aby mogły się poruszać i nie znosić wzajemnie swoich ruchów. Właśnie to dzieje się w piance z powodu porów. Drobne kryształki stopu mogą się rozciągać, a pianka zmienia kształt. Zmiana jest teraz niewielka – tylko 0,12 procent – ale to dopiero początek, mówi Dunand.
Wytwarzanie pianki jest tanie i łatwe. Naukowcy wlewają stopiony stop do porowatego kawałka soli glinianu sodu. Po ostygnięciu stopu naukowcy rozpuszczają sól za pomocą kwasu, pozostawiając gąbczastą strukturę stopu. Pianka jest dość obiecującą metodą przygotowania – znacznie bardziej wydajną w porównaniu do wzrostu pojedynczych kryształów, mówi Sebastiana Fahlera , który bada stopy z pamięcią kształtu w Leibniz Institute for Solid State and Materials Research w Dreźnie, Niemcy. Ale zmiana kształtu będzie musiała być znacznie wyższa niż 0,12%, aby mieć praktyczne zastosowania, mówi.
Dunand i jego koledzy mają plan zwiększenia zmiany kształtu pianki. Jak gąbka, pianka ma rozpórki połączone w węzłach – wyjaśnia. Każda kolumna zawiera teraz wiele maleńkich kryształów. Kryształy te nadal w pewnym stopniu znoszą wzajemnie swoje ruchy, dlatego ogólna zmiana w piance wynosi tylko 0,12 procent.
Aby uzyskać większą zmianę kształtu, mówi Dunand, sztuczka polega na tym, aby każda rozpórka zachowywała się jak pojedynczy kryształ, dzięki czemu pianka jako całość będzie bardziej przypominała pojedynczy kryształ. Oznacza to, że naukowcy musieliby wykonać pojedyncze kryształy rozpięte na każdej z rozpórek w piance.
Materiał nadal będzie musiał zmierzyć się z konkurencją. Stopy niklowo-tytanowe z pamięcią kształtu, które nadają się do stosowania wewnątrz ciała i są zależne od temperatury, są już wykorzystywane do wytwarzania stentów.
W przypadku zastosowań mikropozycjonowania, mówi O’Handley, materiał będzie musiał konkurować z materiałami piezoelektrycznymi, takimi jak kwarc i tytanian ołowiu, które odkształcają się w odpowiedzi na prąd elektryczny. Ale ponieważ proces wytwarzania pianki jest łatwy i tani, mówi, że zbliża ona nikiel-mangan-gal do konkurencyjności cenowej w porównaniu z materiałami piezoelektrycznymi.