آلیاژ حافظه دار یا SMA ها (Shape-memory alloy) در سال های اخیر در طیف گسترده ای از تجارت به دلیل ویژگی های منحصر به فرد آنها، توجه و علاقه خاصی را به خود جلب کرده اند. به این مواد حافظه دار می گویند زیرا آلیاژ های حافظه دار موادی هستند که می توانند در دمای پایین تغییر شکل دهند و شکل اولیه خود را پس از گرم شدن بازیابی کنند.
مرکز تحقیقات گلن در حال کار بر روی تولید آلیاژ های جدیدی است که می تواند تا حدود 300 درجه سانتیگراد دما را تحمل کنند. علاوه بر این، ناسا در زمینه حمایت از فن آوری ها (ابزارهای مدل سازی، روش های طراحی، استانداردهای آزمون، زنجیره تامین مواد و غیره) کار می کند که کاربرد آلیاژهای حافظه دار را برای سازه های سازگار ارتقاء می دهد. آلیاژ حافظه دار توانایی حفظ فرم قبلی خود را دارد و در معرض محرک های خاصی مانند تغییرات ترمومکانیک یا مغناطیسی مقاومت می کند.
این توسعه تجاری توسط مطالعات تحقیقاتی بنیادی و کاربردی پشتیبانی شده است. این کار بررسی زمانبندی تجربیات و تحقیقات اخیر SMA را با بیش از 100 اختراع نوظهور مدرن ارائه می دهد؛ که در برابر دامنه های تجاری مربوطه طبقه بندی شده و با توجه به اهداف طراحی مربوط به این حوزه ها (به خصوص خودرو، هوا فضا، روباتیک و زیست پزشکی) طبقه بندی شده است. اگر چه این کار بررسی گسترده ای از SMA ها را ارائه می دهد، دیگر دسته های مواد حافظه دار نیز مورد بحث قرار می گیرند.
شکل زیر نمایشگر شبکه مولکولی آلیاژ حافظه دار می باشد.
آلیاژ حافظه دار را می توان در برنامه های طراحی منفعل، فعال یا فوق العاده الاستیک استفاده کرد. برنامه های کاربردی منعطف منجر به حرارت دادن مواد در طول عملیات عادی می شود که موجب نیروی فعال می شود. برنامه های کاربردی فعال از گرمای مکمل برای ارائه نیروی اعمال شده بر روی تقاضا استفاده می کنند. برنامه های طراحی فوق العاده انعطاف پذیر از ماده ای که بالاتر از دمای تغییر آن است و در نتیجه تغییر در اثر استرس می باشد، استفاده می کند.
SMA ها برای نیروی زیاد و عملیات واکنش با فرکانس پایین مناسب هستند. یک مثال کاربردی که در حال حاضر در حال توسعه است، SMA را برای جایگزینی سیستم راه اندازی سنتی موتور / گیربکس با صرفه جویی قابل توجهی در وزن برگزیده اند.
تاریخچه
اولین آلیاژ حافظه دار در دهه 1930 توسط شیمی دان سوئدی Arne Olander در یک آلیاژ طلا-کادمیوم کشف شد. اما آلیاژهای حافظه دار (همچنین سیمهای عضلانی، فلزات حافظه دار و فلزات هوشمند) تنها در اوایل دهه 1960 محبوبیت پیدا کردند چندین دهه بعد، آلیاژهای حافظه دار انتخاب محبوب برای انواع تجهیزات پزشکی و بهداشتی هستند، از جمله ایمپلنت های دندانی ، ابزار جراحی و فریم های عینک (که تحت نام های تجاری مانند Flexon فروخته می شوند).
بر خلاف پلاستیک، فلزات و آلیاژهای سنتی، آلیاژهای حافظه دار قوی، انعطاف پذیر، آسان برای استریل کردن و همچنین مقاوم در برابر خوردگی هستند. به لحاظ سبک، سختی و قابلیت کار کردن در دماهای بالا، آنها همچنین به طور گسترده ای در اجزای هوافضا در مواردی مانند موشک های فضایی و پروب های فضایی استفاده می شوند.
کاربرد های آلیاژ حافظه دار
آلیاژ حافظه دار در طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی و پوششی صنایع مختلف استفاده می شود. آنها را می توان در کاربردهای زیستی مهندسی مانند سیمهای دندانی، باند های دندانی، تعمیر استخوان های شکسته با استفاده از صفحات فلزی و وسایل پزشکی که با استفاده از آنها رگ های مسدود شده باز می شود، استفاده کرد. این مواد ایده آل هستند زیرا می توانند شکل خود را حتی در محیط گرم نگه دارند.
روباتیک
روباتیک یکی دیگر از برنامه های سریع در حال رشد است. گاهی اوقات ما نیاز به طراحی روبات های غیر معمول برای رسیدن به مکان هایی که روبات های معمولی نمی توانند به آن دسترسی داشته باشند داریم: ممکن است نیاز به انفجار در فضا در یک موشک فضایی فوق العاده فشرده باشد. با در نظر داشتن این موضوع، مهندسین در حال طراحی روبات های خود سانسور ساخته شده از آلیاژ حافظه دار هستند. آنها شروع به تخت شدن می کنند هنگامی که آنها نیاز به فعال شدن داشته باشند، یک جریان الکتریکی از طریق قطعات حافظه دار خود، آنها را به اندازه کافی گرم می کند تا آنها را به شکل دائمی خود برگرداند.
عمران
استفاده دیگر از آلیاژ حافظه دار در مهندسی عمران است. به عنوان مثال، آنها در سازه های پل استفاده شده اند. آلیاژ حافظه دار می تواند ارتعاشات را کاهش دهند. از این ویژگی در مهار ارتعاش نیز در وسایل نقلیه پرتاب و موتورهای جت استفاده شده است. آلیاژهای سبک تر جدید نیز کشف شده اند، مانند منیزیم اسکاندیم که می تواند انواع مختلفی از کاربردهای بالقوه مانند کاربردهای هوافضا و صنایع پزشکی را برای استنت های خود سانسوری قابل تجزیه و تحلیل داشته باشد.
استفاده دیگر از آلیاژ حافظه دار ممکن است در ساختمان های مدرن باشد که با شرایط لرزه ای طراحی نشده اند. در اینجا، توانایی آلیاژ حافظه دار برای تغییر شکل های بزرگ با کم بودن مقدار فشار باقی مانده و همچنین توانایی تغییر شکل برگشت پذیر با استفاده از هیسترزیس استفاده می شود.
هوا فضا
آلیاژ حافظه دار همچنین می تواند به دلیل توانایی تغییر شکل بالقوه در هواپیما و وسایل نقلیه فضا به عنوان محرک ها مورد استفاده قرار گیرند، زیرا آنها سبک تر هستند و می توانند به صرفه جویی در مصرف انرژی در مقایسه با موتورهای بزرگ مکانیکی کمک کنند. در اوایل سال جاری، ناسا از سیلندر نیکل تیتانیوم آلیاژ حافظه دار را که در قسمت بالایی بال های هواپیما در طول پرواز استفاده می شود، رونمایی کرد. این تغییر در زاویه بال های هواپیما با توجه به باد و آشفتگی باعث کاهش مصرف انرژی می شود.
در آخرین کشف، محققین دمای کار آلیاژ حافظه دار را از حدود 400 تا 700 درجه سانتیگراد افزایش داده اند. آنها این ترکیب را با ترکیب چهار فلز (یا بیشتر) برای تشکیل آلیاژ حافظه دار به دست آوردند. یک کاربرد بالقوه آلیاژ حافظه دار با دمای بالا می تواند در کاهش صدای هواپیما در هنگام ورود به فرودگاه باشد. آلیاژ حافظه دار می تواند به طور خودکار اندازه نازل های خروجی را بسته به درجه حرارت های مختلف در طی مراحل مختلف پرواز تغییر دهد.
اگر چه در حال حاضر تعداد زیادی از برنامه های کاربردی برای آلیاژ های حافظه دار وجود دارد، آلیاژهای جدیدی با خواص مختلف کشف می شوند و به نظر می رسد می توان از این مواد در آینده در زمینه های متفاوتی استفاده کرد.
برای مطالعه بیشتر در رابطه با آلیاژ ها می توانید به مقالات زیر مراجعه کنید:
منابع
https://en.wikipedia.org/wiki/Shape-memory_alloy
https://msestudent.com/what-are-shape-memory-alloys-metallurgy-how-they-work-and-applications