Matériaux de Mémoire de Forme - Une Introduction Pour Former des Matériaux de Mémoire

par Professeur Wei Min Huang

Des matériaux de mémoire de Forme (SMMs) sont décrits par la capacité de récupérer leur forme initiale d'un significatif et la déformation apparemment en plastique sur un stimulus particulier est appliquée¹. Ceci est connu comme effet de mémoire de forme (SME). On observe également généralement Superelasticity (en alliages) ou visco-élasticité (en polymères) si un SMM est déformé au présent du stimulus. La PME peut être employée dans beaucoup de domaines, du bureau d'études aérospatial (par exemple, dans les structures déployables et des ailes morphing) aux matériels médicaux (par exemple, dans les armatures intra-artérielles et des filtres).

En Dépit de cela que la PME avait été trouvée dès 1932 en alliage d'AuCd, ce phénomène n'étaient apparemment pas aussi attrayants jusqu'en 1971, quand on a observé la tension réparable significative dans un alliage de NiTi aux Laboratoires Navals d'Artillerie, les ETATS-UNIS². Jusqu'à aujourd'hui un domaine des alliages de mémoire de forme (SMAs) ont été développés. Parmi eux, seulement trois allient des systèmes, à savoir NiTi-basé, Cu-Basé (CuAlNi et CuZnAl) et Technicien-Basé, sont actuellement plus d'importance commerciale.

Une comparaison systématique de NiTi, de CuAlNi et de CuZnAl SMAs, en termes d'incréments variés de performance, qui sont d'intérêt d'application de bureau d'études, a été faite³. Tandis Que NiTi devrait être le premier choix dû à sa haute performance et bon biocompability, qui est essentiel en applications biomédicales, par exemple armatures intra-artérielles et fils de guide en chirurgie mini-invasive, SMAs Cu-Basé ont les avantages du coût matériel faible et du bon caractère réalisable dans le traitement. La PME dans SMAs Technicien-Basé est relativement beaucoup plus faible et elles sont très probablement utilisées seulement comme attache/bride pour la mise en fonction une fois en grande partie due extrêmement - au coût bas. Tous ces SMAs sont thermo-sensibles, c.-à-d., le stimulus exigé pour déclencher la reprise de forme est la chaleur.

Ces dernières années, le bon progrès a été accompli en développant SMAs ferromagnétique, qui sont magnéto-sensibles. Mais de l'aspect réel d'application de bureau d'études, SMA thermo-sensible est plus mature et beaucoup d'applications commerciales ont été réalisées jusqu'ici^1,2,4. Avec la tendance actuelle vers le Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) et même les Systèmes Nano-Électro-Mécaniques (NEMS), le film mince SMA (principalement NiTi basé, produit par pulvérisent le dépôt) est allé bien à un candidat prometteur pour le rétablissement de mouvement dans ce micron/les systèmes classés par submicron.

Pour les principes et les applications de dispositif du film mince SMAs, les lecteurs peuvent se référer à un livre récent publié par la Presse d'Université de Cambridge⁵. En plus de la PME, une partie du SMAs a également l'effet de mémoire de la température (TME), de sorte que les températures les plus élevées dans le procédé précédent de chauffage dans la marge de passage puissent être avec précision enregistrées et indiquées dans le prochain procédé de chauffage.

Régler les propriétés matérielles des polymères est beaucoup plus facile par rapport à celui des métaux/des alliages. De plus, le coût (coût matériel et coût de traitement) de polymères est traditionnellement beaucoup inférieur. Un grand choix de polymères de mémoire de forme (SMPs) ont été inventés et bien documentés, alors que les neufs continuent à apparaître dans chaque semaine, sinon chaque jour, actuellement⁶. En plus des avantages mentionnés ci-dessus, les SMP sont beaucoup plus légères, ont (une commande plus haut au moins) une tension réparable beaucoup plus élevée que SMAs, et peuvent être déclenchées pour la reprise de forme par les stimulus variés et même les stimulus multiples simultanément. La Lumière (l'UV-lumière) et le produit chimique (humidité, solvant et modification de pH) sont deux types de tels stimulus, en plus de la chaleur⁷. Le mécanisme de souligner pour la PME dans les SMP est le système de double-segment (on est toujours dur/élastique, alors que l'autre peut être doux/étirable ou raide selon si un bon stimulus est présenté), qui est différent de la transformation martensitique réversible dans SMAs.

Les composés de SMP ont remarquablement élargi les applications possibles des SMP⁸. Par exemple, la chauffage des SMP thermo-sensibles peut également être réalisée par le chauffage de Joule (en remplissant d'inclusions conductrices), chauffage par induction (par la dispersion d'énergie due à l'hystérésis lors d'appliquer champ magnétique/électrique de alterner, Etc.). Vis-à-vis SMAs, comme SMP devenez normalement ramolli au présent du bon stimulus, la plupart de SMP ne sont pas adaptées pour la mise en fonction cyclique et ne peuvent pas être formées pour avoir la soi-disant PME (qui bi-directionnelle est la capacité de commuter à plusieurs reprises entre deux formes, selon si le stimulus est appliqué). D'autre part, la reprise de forme des SMP peut être accompagnée du changement de couleur, et même la séquence de modification de forme (non seulement deux formes/positions, c.-à-d., double-forme, pendant la reprise, mais également l'extension de trois formes, c.-à-d., tri forme, ou même plus) peut être programmée au moyen de régler différents états de reprise (par exemple, différents stimulus ou (et même gradient) températures multiples de reprise de forme).

Comme nous pouvons voir, des SMP peuvent être synthétisées/conçues pour avoir les propriétés exigées pour une application particulière. Cependant, le mouvement propre intense (des connaissances professionnelles et expérience) est exigé placé sur le test et erreur. Formez les composés de mémoire (SMCs), qui comprennent au moins un type de SMM, SMA ou SMP, en tant qu'un des composants (par exemple, Réf. 9), peut être traité confortablement par des ingénieurs d'études, si les propriétés de SMA/SMP sont réputées.

L'hybride de mémoire de Forme (SMH) est un élan plus accessible et plus souple aux gens du commun, même avec le mouvement propre limité seulement de la science/bureau d'études. SMHs sont faits de matériaux conventionnels (les propriétés sont réputées et/ou peuvent être facilement trouvées, mais tous sans PME en tant que personne). Par Conséquent, on peut concevoir un SMM d'une façon (DIY) de bricolage avec les fonctionnements exigés. Pour le but de démonstration, nous avons développé un système de SMH. Toutes Les caractéristiques techniques trouvées dans SMAs et SMP, à savoir, PME de double-forme, PME de multi-forme, PME de réversible, thermo-sensibles bi-directionnel (au moyen de chauffage y compris de Joule), humidité-sensibles, Etc. ont été reproduites. Une plage de températures étroite de reprise de forme dans 5oC a été réalisée. De plus, (non seulement dans la température ambiante en tant que dans SMAs, mais dans la pleine plage de températures intéressée d'application, et d'une manière primordiale avec l'hystérésis minuscule) un SMH genre caoutchouc avec le fonctionnement autocuratif (non seulement pour la reprise de forme, mais également pour la fêlure de répétition guérissant) a été expliqué (le Schéma 1). Le Design de SMH pression-sensible, thermo (lors du refroidissement ou extrêmement à la température élevée) - SMP sensible est en cours.

Le Schéma 1. SMH (répétition Genre Caoutchouc chargée à la basse température et à la grande vitesse).

Références

1. Otsuka, K. et Wayman, C.M., Matériaux de Mémoire de Forme, Presse d'Université de Cambridge, 1998.
2. Funakubo, H., Alliages de Mémoire de Forme, Gordon et la Science Publishers, 1987 d'Infraction.
3. Huang, W., Sur la sélection des alliages de mémoire de forme pour les déclencheurs, les Matériaux et le Design, Vol. 23, 2002, pp11-19.
4. Duerig, T.W., Melton, K.N., Stöckel, D. et Wayman C.M., Aspects de Bureau D'études des Alliages de Mémoire de Forme, Londres : Butterworth Heinemann, 1990.
5. Miyazaki, S., Fu, Y.Q. et Huang, W.M., Alliages de Mémoire de Forme de Film Mince : Principes et Applications de Dispositif, Presse d'Université de Cambridge, 2009.
6. Mather, P.T., Luo, X. et Rousseau, ENTRE AUTRES, recherche de polymère de mémoire de Forme, Revue Annuelle Annuelle de la Recherche de Matériaux, Vol. 39, 2009, pp445-471.
7. Leng, J., Lu, H., Liu, Y, Huang, W.M. et Du, S., classe de polymères-Un de mémoire de Forme de matériau intelligent nouveau, MME Bulletin, Vol. 34, 2009, pp848-855.
8. Gunes, I.S., Jana, S.C., polymères de mémoire de Forme et leurs nanocomposites : Un examen de la science et technologie des matériaux multifonction neufs, du Tourillon de Nanoscience et de la Nanotechnologie, Vol. 8, 2008, pp1616-1637.
9. Tobushi, H., Pieczyska, E., Ejiri, Y. et Sakuragi, T., propriétés Thermomécaniques d'alliage à mémoire de forme et de polymère pour leurs composés, Mécanismes des Matériaux Avancés et Structures, 16, 2009, pp236-247.