Materiais da Memória da Forma - Uma Introdução Para Dar Forma a Materiais da Memória

pelo Professor Wei Acta Huang

Os materiais da memória da Forma (SMMs) são caracterizados pela capacidade para recuperar sua forma original de um significativo e a deformação convenientemente plástica em cima de um estímulo particular é aplicada¹. Isto é sabido como o efeito de memória da forma (SME). Superelasticity (nas ligas) ou a visco-elasticidade (nos polímeros) são observados igualmente geralmente se um SMM é deformado no presente do estímulo. O SME pode ser utilizado em muitos campos, da engenharia aeroespacial (por exemplo, em estruturas deployable e nas asas morphing) aos dispositivos médicos (por exemplo, nos stents e nos filtros).

Apesar disso que o SME tinha sido encontrado 1932 na liga de AuCd, este fenômeno não eram aparentemente tão atractivos até 1971, quando a tensão recuperável significativa foi observada em uma liga de NiTi nos Laboratórios Navais da Ordenança, os EUA². Até hoje uma escala de ligas de memória de forma (SMAs) foi desenvolvida. Entre elas, somente três ligam sistemas, a saber NiTi-baseado, Cu-Baseado (CuAlNi e CuZnAl) e Fe-Baseado, são presentemente mais da importância comercial.

Uma comparação sistemática de NiTi, de CuAlNi e de CuZnAl SMAs, em termos dos vários deslocamentos predeterminados do desempenho, que são do interesse da aplicação da engenharia, foi feita³. Quando NiTi dever ser a primeira escolha devido a seus elevado desempenho e bom biocompability, que é crucial em aplicações biomedicáveis, por exemplo em stents e em fios de guia na cirurgia mìnima invasora, SMAs Cu-Baseado tem as vantagens do baixo custo material e da boa funcionalidade no processamento. O SME em SMAs Fe-Baseado é relativamente muito mais fraco e é usado muito provavelmente somente como o prendedor/braçadeira para a único actuação pela maior parte devido extremamente - ao baixo custo. Todos estes SMAs são thermo-responsivos, isto é, o estímulo exigido para provocar a recuperação da forma é calor.

Nos últimos anos, o bom progresso foi feito em desenvolver SMAs ferromagnetic, que são magneto-responsivos. Mas do aspecto real da aplicação da engenharia, SMA thermo-responsivo é mais maduro e muitas aplicações comerciais têm sido realizadas até agora^1,2,4. Com a tendência actual para Sistemas Micro-Electro-Mecânicos (MEMS) e mesmo Sistemas Nano-Electro-Mecânicos (NEMS), o filme fino SMA (principalmente NiTi baseado, produzido pelo depósito do salpico) assentou bem em um candidato prometedor para a geração do movimento neste mícron/sistemas feitos sob medida submícron.

Para os fundamentos e as aplicações do dispositivo do filme fino SMAs, os leitores podem referir um livro recente publicado pela Imprensa da Universidade de Cambridge⁵. Além do que o SME, algum do SMAs igualmente tem o efeito de memória da temperatura (TME), de modo que as mais altas temperaturas no processo precedente do aquecimento dentro da escala da transição possam precisamente ser gravadas e revelado no processo seguinte do aquecimento.

Costurar as propriedades materiais dos polímeros é muito mais fácil em comparação àquela dos metais/ligas. Além, o custo (custo material e despesa de fabrico) dos polímeros é tradicional muito mais baixo. Uma variedade de polímeros de memória de forma (SMPs) foram inventados e bem documentados, quando os novos se mantiverem em emergir em cada semana, se não cada dia, presentemente⁶. Além do que as vantagens acima mencionadas, SMPs é muito mais claro, tem (um pedido mais altamente pelo menos) uma tensão recuperável muito mais alta do que SMAs, e pode ser provocado para a recuperação da forma por vários estímulos e mesmo por estímulos múltiplos simultaneamente. A Luz (Uv-luz) e o produto químico (umidade, solvente e mudança de pH) são dois tipos de tais estímulos, além do que o calor⁷. O mecanismo do traço para o SME em SMPs é o sistema do duplo-segmento (um é sempre duro/elástico, quando o outro puder ser macio/dútile ou duro segundo se um estímulo direito está apresentado), que é diferente da transformação martensitic reversível em SMAs.

Os compostos de SMP alargaram notàvel as aplicações potenciais de SMPs⁸. Por exemplo, o aquecimento de SMPs thermo-responsivo pode igualmente ser realizado pelo aquecimento do joule (enchendo com as inclusões condutoras), aquecimento de indução (com a dissipação de energia devido à histerese em cima de aplicar campo magnético/elétrico alternar, Etc.). O Oposto a SMAs, como SMPs torna-se normalmente amaciado no presente do estímulo direito, a maioria de SMPs não são apropriados para a actuação cíclica e não podem ser treinados para ter o SME em dois sentidos assim chamado (que é a capacidade para comutar repetidamente entre duas formas, segundo se o estímulo é aplicado). Por outro lado, a recuperação da forma de SMPs pode ser acompanhada da mudança da cor, e mesmo a seqüência da mudança da forma (não somente duas formas/posições, isto é, duplo-forma, durante a recuperação, mas igualmente o alcance de três formas, isto é, tri forma, ou mesmo mais) pode ser programada por meio de ajustar condições diferentes da recuperação (por exemplo, estímulos diferentes ou (e mesmo inclinação) temperaturas múltiplas da recuperação da forma).

Como nós podemos ver, SMPs pode ser sintetizado/projectado ter as propriedades exigidas para uma aplicação particular. Contudo, o fundo forte (conhecimento profissional e experiência) é exigido sobre a tentativa e erro. Dê Forma aos compostos da memória (SMCs), que incluem pelo menos um tipo de SMM, SMA ou SMP, como um dos componentes (por exemplo, Referência. 9), podem ser segurados confortavelmente por coordenadores de projecto, se as propriedades de SMA/SMP são conhecidas.

O híbrido da memória da Forma (SMH) é uma aproximação mais acessível e mais flexível às pessoas comuns, mesmo com fundo limitado somente da ciência/engenharia. SMHs é feito de materiais convencionais (as propriedades são conhecidas e/ou podem facilmente ser encontradas, mas tudo sem o SME como um indivíduo). Daqui, se pode projectar um SMM em uma maneira (DIY) do faça-você-mesmo com as funções exigidas. Para a finalidade da demonstração, nós desenvolvemos um sistema de SMH. Todas As características encontradas em SMAs e SMPs, a saber, SME da duplo-forma, SME da multi-forma, SME do reversible, thermo-responsivos em dois sentidos (incluindo por meio do aquecimento do joule), umidade-responsivos, Etc. foram reproduzidas. Uma variação da temperatura estreita da recuperação da forma dentro de 5oC foi conseguida. Além, a borracha-como (não somente na escala de alta temperatura como em SMAs, mas dentro da variação da temperatura interessada completa da aplicação, e mais importante com histerese minúscula) SMH com função auto-cura (não somente para a recuperação da forma, mas igualmente para a rachadura da repetição que cura) foi demonstrado (Figura 1). O Projecto de SMH pressão-responsivo, (em cima de refrigerar ou em extremamente de alta temperatura) - SMP responsivo thermo é em andamento.

Figura 1. Borracha-Como SMH (cíclico carregado na baixa temperatura e na alta velocidade).

Referências

1. Otsuka, K. e Wayman, C.M., Materiais da Memória da Forma, Imprensa da Universidade de Cambridge, 1998.
2. Funakubo, H., Ligas de Memória de Forma, Gordon e Ciência Editor da Ruptura, 1987.
3. Huang, W., Na selecção de ligas de memória de forma para os actuadores, os Materiais e o Projecto, Vol. 23, 2002, pp11-19.
4. Duerig, T.W., Melton, K.N., Stöckel, D. e Wayman C.M., Aspectos de Engenharia de Ligas de Memória de Forma, Londres: Butterworth Heinemann, 1990.
5. Miyazaki, S., Fu, Y.Q. e Huang, W.M., Ligas de Memória de Forma do Filme Fino: Fundamentos e Aplicações do Dispositivo, Imprensa da Universidade de Cambridge, 2009.
6. Mather, P.T., Luo, X. e Rousseau, ENTRE OUTROS, pesquisa do polímero de memória de Forma, Revisão Anual da Pesquisa dos Materiais, Vol. 39, 2009, pp445-471.
7. Leng, J., Lu, H., Liu, Y, Huang, W.M. e Du, S., classe dos polímeros-Um da memória da Forma do material esperto novo, SRA. Boletim, Vol. 34, 2009, pp848-855.
8. Gunes, I.S., Jana, S.C., polímeros de memória de Forma e seus nanocomposites: Uma revisão da ciência e da tecnologia de materiais multifuncionais novos, de Jornal de Nanoscience e de Nanotecnologia, Vol. 8, 2008, pp1616-1637.
9. Tobushi, H., Pieczyska, E., Ejiri, Y. e Sakuragi, T., propriedades Termomecânicas da liga e do polímero da forma-memória para seus compostos, Mecânicos de Materiais Avançados e Estruturas, 16, 2009, pp236-247.