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伸縮自如的神奇材料——形狀記憶合金

[ 信息發布:本站 | 發布時間:2016-12-26 | 瀏覽:588次 ]

近日,英國奎奈蒂克防務公司在范堡羅航展上公布了一種鈦合金網線材料,也叫做“形狀記憶合金(SMA)”。該公司稱,這種材料也被稱為彈力材料,是由英國一位資深航空工程師研制的,將該材料添加在碳纖維中可以加固聚合物,使飛行器機翼和機頭硬度提至3倍。
  該材料的最初設計是用于飛行器,可以緩解飛行器空中飛行時面臨鳥類和閃電的損傷。該材料除了用于航空領域之外,還可用于汽車部件,可潛在地削弱汽車碰撞之后的維修成本,使其車身能夠反彈恢復至原始形狀。
  奎奈蒂克防務公司工程研究和咨詢部主管安德魯-福爾曼(Andrew Foreman)說:“由于該材料能夠吸收碰撞力,它將潛在應用于運輸交通工具和一級方程式賽車?!閉庵值Σ牧賢ü張鱟滄饔昧?,將該碰撞作用力擴散至較大的物體表面區域,之后該表面將逐漸恢復原始外形??蔚倏朔牢窆頸硎?,該材料甚至可用于避免跑道上輪胎爆炸和殘骸濺射。
  據悉,通過使用結合記憶合金金屬桿和可彎曲的混凝土復合材料,西雅圖近日與里諾交接的一個新建的高速路斜坡出口將成為世界上第一個在遇到強震搖擺后,仍能恢復到原始結構形狀的橋梁。這個項目預計于2017年春季完成。
  高速路出口匝道的兩個超級抗震彈性橋墩是由內華達大學設計的,橋墩中使用的記憶合金棒材鋼筋和可彎曲的混凝土復合材料,將會保證其在遇到大地震的時候,不會被完全摧毀,而會在震動后保持主體結構,為后續救援提供便利。
  “我們已經完成了新材料的測試,記憶合金棒材鋼筋和可彎曲的混凝土復合材料建造的橋梁結構,在我們的大型震動模擬實驗研究中,承受住了實驗震級。更令人高興的是,這項新技術可以第一次實際應用到一個具有高交通負荷的地震活動區域?!蹦諢锎笱?,土木工程教授Saiid說道 ,“使用這些材料大大減少了損壞,并可以使橋梁主體結構在強烈地震后恢復原狀?!?/span>
  在地震實驗室測試中,使用記憶合金鎳/鈦棒和可彎曲的混凝土復合材料建造的橋梁柱在強度達到7.5級的地震后恢復到其原始形狀??湊庀羆際醯腟aiidi教授,為了找到原先標準鋼筋和混凝土材料的替代品,在實驗室建造并試驗摧毀了好幾個大型的重達200噸的橋梁,最后終于成功設計并找到了這2種更安全,更有彈性的材料。交通設施是保證國民經濟和社會健康發展的重要基礎設施,鋼筋混凝土橋梁作為交通設施的重要組成部分,起到至關重要的作用。
  那么形狀記憶合金是什么呢?
  形狀記憶合金(Shape Memory Alloys, SMA),是一種在加熱升溫后能完全消除其在較低的溫度下發生的變形,恢復其變形前原始形狀的合金材料。最早關于形狀記憶效應的報道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他們觀察到Au-Cd合金中相變的可逆性。后來在Cu-Zn合金中也發現了同樣的現象,但當時并未引起人們的廣泛注意。直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni合金中觀察到具有宏觀形狀變化的記憶效應,才引起了科學界與工業界的重視。除了用于建筑領域,這種新型功能材料目前已廣泛用于電子儀器、汽車工業、醫療器械、空間技術和能源開發等領域。
  醫療方面:
  Ni-Ti合金是醫用生物材料的佼佼者,在臨床醫學和醫療器械等方面廣泛應用。如介入療法,將各類人體腔內支架、經過預壓縮變形后,能夠經過很小的腔隙安放到人體血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各種狹窄部位,支架擴展后,在人體腔內支撐起狹小的腔道。具有療效可靠、使用方便、可大大縮短治療時間和減少費用等優點。傳統的骨傷手術器械包括接骨鋼板、螺釘、鋼絲等,手術時,醫生要進行鉆孔、楔入、捆扎等復雜操作,對患者的機體不可避免的造成人為損傷。用形狀記憶合金骨科器械手術時,醫生先用低溫(0~5攝氏度)消毒鹽水冷卻記憶合金器械,然后根據需要改變其抱合部位的形狀,安裝于患者骨傷部位。待患者體溫將其加熱到設定的溫度時,器械的變形部分便恢復到原來設計的形狀,從而將傷骨緊緊抱合,起到固定與支撐的作用。使用該合金手術,不僅具有手術操作簡便、縮短時間和愈合周期、生物相容性優良、降低人為性損傷等優點,而且其強度是不銹鋼的4倍,不會發生彎曲與斷裂。血栓濾器也是一種記憶合金新產品。被拉直的濾器植入靜脈后,會逐漸恢復成網狀,從而阻止95%的凝血塊流向心臟和肺部。
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