Свойство памяти присуще не только живым организмам, но и металлам с эффектом памяти формы. Подробнее об этом рассказал Дмитрий Гусев, доктор технических наук, профессор кафедры 1102 «Материаловедение и технология обработки материалов» Московского авиационного института.
Как проявляется эффект памяти формы у металлов?
Всё началось в 1932 году, когда шведский химик Арне Оландер заметил необычное поведение сплава золота и кадмия: под действием прикрепленного к нему груза он изгибался, а при нагреве возвращался в исходное состояние. Учёный назвал это «каучукоподобным» эффектом.
Позже выяснилось, что феномен связан с мартенситным превращением — изменением кристаллической решётки некоторых металлов при резком охлаждении после нагрева. Но если в сталях мартенситное превращение приводит к росту твердости и снижению пластичности, то в сплавах с памятью формы происходит обратный эффект.
«Благодаря мартенситному превращению сплав с памятью формы при охлаждении становится пластичным, может легко деформироваться и при последующем нагреве полностью восстанавливать свою форму. Обратимое изменение формы может наблюдаться не только при изменении температуры сплава, но и под действием внешней нагрузки. Такую разновидность эффекта памяти формы называют сверхупругостью», — отметил Дмитрий Гусев.
После открытия Оландера учёные обнаружили эффект памяти формы и у других металлов:
o 1938 год — сплав меди и цинка (Гренингер и Мурадян);
o 1948 год — алюминиевая бронза (советские учёные Курдюмов и Хандрос);
o 1950–60-е годы — никелид титана и медно-алюминиевые сплавы.
Оказалось, что некоторые металлы обладают «двусторонней» памятью. Они меняют форму и при нагреве, и при охлаждении. Есть ещё круговой эффект, когда сплав «переключается» между двумя состояниями циклически.
Разработка ученых МАИ
Исследования в этой области проводятся и в настоящее время. При этом одним из наиболее перспективных направлений развития является медицина, а именно создание биосовместимых медицинских изделий. Например, экзопротезы, предназначенные для наружного использования.
Ученые МАИ разработали функционально-косметический протез кисти. Протез создан из сплава никелида титана. Его проволочный каркас исследователи поместили в латексный чехол, который имитирует человеческую кожу, затем залили отверждающим двухкомпонентным силиконом. Так получился композиционный материал с эффектом памяти формы.
При использовании такого протеза владелец может не бояться его деформации в течение дня. Каркас восстановит свою форму всего за 30 минут пребывания в горячей воде.
«Это очень удобно на практике. В течение дня человек здоровой рукой может многократно сгибать и разгибать пальцы протеза для бытовых нужд. А перед сном его достаточно положить в ванну с горячей водой на 30 минут, и он вернётся к заводской форме», — пояснил Дмитрий Гусев.
«Как показали наши испытания, проведённые при добровольном участии человека без кисти, длительность использования функционально-косметического протеза с армирующим каркасом из обычной стали составляет около одного месяца. Затем протез разрушается и его приходится менять. Наша разработка благополучно использовалась без разрушений более года», — подчеркнул Дмитрий Гусев.
Другие сферы применения металлов с эффектом памяти формы
Безусловно, эти уникальные материалы можно применять не только в медицине, например:
o Космическая отрасль: антенны, компактные солнечные батареи;
o Инженерия и строительство: укрепление несущих конструкций;
o Автомобилестроение: системы охлаждения.
