スマートフォーム

研究者たちは、より軽量で潜在的に安価な種類の形状記憶合金を作成しました。これは、磁場に応じて形状が変化するが、元の形状を記憶している材料です。新しい材料であるニッケル-マンガン-ガリウム合金から作られた多孔質フォームは、磁場にさらされるとわずかに伸びます。フィールドをオフにすると新しいフォームが保持されますが、フィールドを90度回転すると元の形状に戻ります。

メモリーフォーム： ニッケルマンガンガリウムの発泡体は、合金の形状記憶特性を備えていますが、他の形態の材料よりも軽量で安価に製造できます。

ほとんどの形状記憶合金は、温度変化によって駆動されます。ただし、磁気駆動合金は、温度に反応する合金よりも速く反応します。磁場の下で形状が変化する材料のもう1つの重要な利点は、離れた場所から活性化できることです。 ロバートオハンドリー 、MITの材料科学および工学研究者。磁気形状記憶材料は遠隔操作で変更できるため、生物医学的用途に特に有望であると彼は述べています。体の外側から磁場をかけ、徐々に動脈を開くステントを作ることができると彼は言います。

しかし、磁性形状記憶合金は、製造が困難で高価でした。新しい合金は、より安価で合成が容易になる可能性があります。

そして、それは非常に正確で、再現性があり、迅速なポジショニングを必要とするデバイスで役立つ可能性があります、と言います デビッド・デュナン 、ノースウェスタン大学の材料科学および工学教授。デュナンは、新しい合金の作業を主導しました ピーター・マルナー 、ボイシ州立大学の准教授。これらのデバイスには、顕微鏡、光通信で使用される小さな鏡、および医療で使用されるロボットが含まれます。泡は軽いので、飛行機の翼などの航空宇宙用途につながる可能性があり、モーフィングしてより空力的になります。

デュナンと彼の同僚が使用した合金は新しいものではありません。ニッケル-マンガン-ガリウムの単結晶は、磁場にさらされると10パーセント伸びることが知られています。しかし、すべての原子が規則的な繰り返しパターンで詰め込まれている単結晶は、製造に費用と時間がかかります。

通常、問題は多結晶金属では、個々の結晶がランダムな配向を持っていることです。磁場の存在下で、それらは異なる方向に沿って伸び、互いに押し合い、互いの動きを打ち消します、とデュナンは言います。夢は多結晶を作ることですが、どういうわけか[個々の結晶]にスペースを与えて、お互いの動きをキャンセルせずに動くことができるようにします。これはまさに、細孔のためにフォームで起こることです。合金の小さな結晶は伸びる余地があり、泡の形が変わります。現時点での変化はごくわずかで、わずか0.12％ですが、それは始まりだとデュナン氏は言います。

泡を作るのは安くて簡単です。研究者らは、溶融合金をアルミン酸ナトリウム塩の多孔質片に注ぎます。合金が冷えた後、研究者たちは酸を使って塩を溶かし、合金のスポンジのような構造を残します。フォームは非常に有望な準備ルートであり、単結晶の成長と比較して大幅に効率的です、と言います セバスチャン・ファーラー 、ドイツのドレスデンにあるLeibniz Institute for Solid State and MaterialsResearchで形状記憶合金を研究しています。しかし、実際に使用するには、形状の変化を0.12パーセントよりはるかに大きくする必要があると彼は言います。

デュナンと彼の同僚は、フォームの形状変化を増やす計画を立てています。スポンジのように、フォームには節で接続された支柱があります、と彼は説明します。現在、各支柱には複数の小さな結晶が含まれています。これらの結晶はまだある程度お互いの動きを相殺しているため、泡の全体的な変化はわずか0.12パーセントです。

デュナン氏によると、より大きな形状変化を得るには、各ストラットを単結晶のように動作させて、全体の泡が単結晶のようになるようにするのがコツです。つまり、研究者は、個々の結晶をフォームの各支柱にまたがらせる必要があります。

材料はまだ競争に直面します。体内での使用に適しており、温度によって駆動されるニッケルチタン形状記憶合金は、すでにステントの製造に使用されています。

マイクロポジショニングアプリケーションの場合、材料は、電流に応答して変形する石英やチタン酸鉛などの圧電材料と競合する必要があるとO’Handley氏は言います。しかし、フォームの製造プロセスは簡単で安価であるため、ニッケル-マンガン-ガリウムを圧電材料とのコスト競争力に近づけると彼は言います。

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