آلیاژهای حافظه دار که به آنها مواد هوشمند هم میگویند، گروهی از فلزات هستند که میتوانند بعد از اینکه شکلشان را تغییر دادیم، با یک محرک خارجی مثل گرما، دوباره به حالت اولیه خودشان برگردند. این ویژگی خارقالعاده، باعث شده که این آلیاژها در دنیای پزشکی، هوافضا و خیلی از جاهای دیگر کارهای بزرگی انجام دهند.
فرض کنید یک مادهای دارید که در دمای پایین، ساختار اتمیاش شل و آزاد است و به راحتی شکل میگیرد. حالا اگر به آن حرارت بدهید، اتمهایش دوباره منظم و محکم میشوند و ماده به شکل اصلیاش برمیگردد. این همان اتفاقی است که در آلیاژهای حافظهدار میافتد. این آلیاژها معمولاً از ترکیب نیکل و تیتانیوم ساخته میشوند که به آن نیتینول میگویند. البته آلیاژهای دیگری هم با مس، روی و آلومینیوم وجود دارند، اما نیتینول از همه معروفتر و پرکاربردتر است.
به نقل از میهن فولاد: "این مواد یا به اصطلاح آلیاژ هوشمند، میتواند بین دو ساختار کریستالی مختلف به نامهای مارتنزیت و آستنیت تغییر فاز دهد. در دمای پایین، فاز مارتنزیت غالب است و آلیاژ میتواند به راحتی تغییر شکل دهد. با افزایش دما و رسیدن به دمای تبدیل، فاز آستنیت شروع به تشکیل میکند و آلیاژ به شکل اولیهی خود بازمیگردد. این تغییر فاز برگشتپذیر است و میتواند با کاهش دما مجدداً به فاز مارتنزیت و شکل تغییر یافته برگردد."
کاربردهای آنها شامل:
مثلا برای باز نگه داشتن رگهای مسدود شده، از یک لوله کوچک به نام استنت استفاده میکنند که از این آلیاژ ساخته شده است. پزشک آن را وارد بدن بیمار میکند و دمای بدن باعث میشود استنت باز شود و رگ را باز نگه دارد. در دندانپزشکی هم از سیمهای نیتینول برای صاف کردن دندانها استفاده میشود که به آرامی و با فشار یکنواخت، دندانها را در جای خود قرار میدهند.
در ساخت ماهوارهها و هواپیماها، وزن سبک و عملکرد دقیق اهمیت زیادی دارد. آلیاژهای حافظهدار میتوانند بدون نیاز به موتورهای سنگین و پیچیده، بالههای هواپیما یا قطعات ماهوارهها را باز و بسته کنند. این کار باعث میشود وزن کمتری داشته باشیم و همه چیز بهتر پیش برود.
آلیاژهای حافظهدار در ساخت شیرهای کنترل دما یا سیستمهای تهویه هوای هوشمند به کار میروند. این قطعات به طور خودکار به تغییرات دما واکنش نشان میدهند و عملکرد خودرو را بهینه میکنند.
آلیاژهای حافظهدار میتوانند مانند عضلات مصنوعی عمل کنند. سیمهای نیتینول با دریافت گرما یا الکتریسیته منقبض و منبسط میشوند و حرکاتی دقیق و نرم را در رباتها و دستهای مصنوعی ایجاد میکنند.
استفاده از این آلیاژها مزایای زیادی دارد:
قابلیت برگشت به حالت اولیه: این ویژگی مهمترین مزیت آنهاست که باعث میشود بتوانیم قطعاتی بسازیم که خودشان کار کنند.
دوام بالا: آنها میتوانند هزاران بار تغییر شکل دهند و دوباره به حالت اول برگردند.
سبک و قدرتمند: با اینکه سبک هستند، اما قدرت زیادی دارند.
سازگار با بدن: آلیاژ نیکل-تیتانیوم برای استفاده در بدن انسان کاملاً بیخطر است.
اما این مواد هم چالشهای خودشان را هم دارند:
هزینه بالا: ساخت آنها کمی گران است.
کند بودن: فعال شدن و برگشت به حالت اولیه ممکن است کمی زمانبر باشد.
حساسیت به دما: عملکرد آنها فقط در یک محدوده دمایی خاص خوب است.
آیا همه این آلیاژها با گرما فعال میشوند؟
بیشتر آلیاژهای حافظهدار با گرما فعال میشوند، که به این خاصیت حافظه حرارتی میگویند. البته برخی از آنها با میدان مغناطیسی یا حتی تغییر اسیدیته محیط (pH) هم فعال میشوند، اما استفاده از گرما رایجتر است.
آیا یک آلیاژ حافظهدار میتواند بینهایت بار به شکل اولش برگردد؟
این آلیاژها خیلی مقاوم هستند و میتوانند تعداد زیادی چرخه تغییر شکل را تحمل کنند، اما هیچ چیز برای همیشه دوام ندارد. در کل، بعد از هزاران بار استفاده، ممکن است خواصشان را کمی از دست بدهند. عمر آنها به میزان تغییر شکل و دمایی که به آنها میدهیم بستگی دارد.
چرا نیتینول از بقیه آلیاژهای حافظهدار بهتر است؟
نیتینول (نیکل-تیتانیوم) به این دلیل محبوب است که ویژگیهای فوقالعادهای دارد. این آلیاژ در برابر زنگزدگی بسیار مقاوم است، با بدن انسان سازگاری دارد، خیلی انعطافپذیر است و در عین حال استحکام بالایی دارد.
آیا در آینده از این آلیاژها بیشتر استفاده میشود؟
بله، قطعاً. با پیشرفت تکنولوژی و ارزانتر شدن تولید، احتمالاً در آینده کاربردهای این آلیاژها بیشتر خواهد شد. محققان در حال کار روی ساخت نسل جدیدی از این مواد هستند که سریعتر کار میکنند و میتوانند در زمینههایی مثل لباسهای هوشمند، ساختمانهای ضد زلزله و مفصلهای مصنوعی پیشرفته تحول ایجاد کنند.
