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伸缩自如的神奇材料——形状记忆合金

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2016-12-26 | 浏览:333次 ]

近日,英国奎奈蒂克防务公司在范堡罗航展上公布了一种钛合金网线材料,也叫做“形状记忆合金(SMA)”。该公司称,这种材料也被称为弹力材料,是由英国一位资深航空工程师研制的,将该材料添加在碳纤维中可以加固聚合物,使飞行器机翼和机头硬度提至3倍。
  该材料的最初设计是用于飞行器,可以缓解飞行器空中飞行时面临鸟类和闪电的损伤。该材料除了用于航空领域之外,还可用于汽车部件,可潜在地削弱汽车碰撞之后的维修成本,使其车身能够反弹恢复至原始形状。
  奎奈蒂克防务公司工程研究和咨询部主管安德鲁-福尔曼(Andrew Foreman)说:“由于该材料能够吸收碰撞力,它将潜在应用于运输交通工具和一级方程式赛车。”这种弹力材料通过吸收碰撞作用力,将该碰撞作用力扩散至较大的物体表面区域,之后该表面将逐渐恢复原始外形。奎奈蒂克防务公司表示,该材料甚至可用于避免跑道上轮胎爆炸和残骸溅射。
  据悉,通过使用结合记忆合金金属杆和可弯曲的混凝土复合材料,西雅图近日与里诺交接的一个新建的高速路斜坡出口将成为世界上第一个在遇到强震摇摆后,仍能恢复到原始结构形状的桥梁。这个项目预计于2017年春季完成。
  高速路出口匝道的两个超级抗震弹性桥墩是由内华达大学设计的,桥墩中使用的记忆合金棒材钢筋和可弯曲的混凝土复合材料,将会保证其在遇到大地震的时候,不会被完全摧毁,而会在震动后保持主体结构,为后续救援提供便利。
  “我们已经完成了新材料的测试,记忆合金棒材钢筋和可弯曲的混凝土复合材料建造的桥梁结构,在我们的大型震动模拟实验研究中,承受住了实验震级。更令人高兴的是,这项新技术可以第一次实际应用到一个具有高交通负荷的地震活动区域。”内华达大学,土木工程教授Saiid说道 ,“使用这些材料大大减少了损坏,并可以使桥梁主体结构在强烈地震后恢复原状。”
  在地震实验室测试中,使用记忆合金镍/钛棒和可弯曲的混凝土复合材料建造的桥梁柱在强度达到7.5级的地震后恢复到其原始形状。开创这项技术的Saiidi教授,为了找到原先标准钢筋和混凝土材料的替代品,在实验室建造并试验摧毁了好几个大型的重达200吨的桥梁,最后终于成功设计并找到了这2种更安全,更有弹性的材料。交通设施是保证国民经济和社会健康发展的重要基础设施,钢筋混凝土桥梁作为交通设施的重要组成部分,起到至关重要的作用。
  那么形状记忆合金是什么呢?
  形状记忆合金(Shape Memory Alloys, SMA),是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形,恢复其变形前原始形状的合金材料。最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年做出的。他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性。后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意。直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的Ti-Ni合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了科学界与工业界的重视。除了用于建筑领域,这种新型功能材料目前已广泛用于电子仪器、汽车工业、医疗器械、空间技术和能源开发等领域。
  医疗方面:
  Ni-Ti合金是医用生物材料的佼佼者,在临床医学和医疗器械等方面广泛应用。如介入疗法,将各类人体腔内支架、经过预压缩变形后,能够经过很小的腔隙安放到人体血管、消化道、呼吸道、以及尿道等各种狭窄部位,支架扩展后,在人体腔内支撑起狭小的腔道。具有疗效可靠、使用方便、可大大缩短治疗时间和减少费用等优点。传统的骨伤手术器械包括接骨钢板、螺钉、钢丝等,手术时,医生要进行钻孔、楔入、捆扎等复杂操作,对患者的机体不可避免的造成人为损伤。用形状记忆合金骨科器械手术时,医生先用低温(0~5摄氏度)消毒盐水冷却记忆合金器械,然后根据需要改变其抱合部位的形状,安装于患者骨伤部位。待患者体温将其加热到设定的温度时,器械的变形部分便恢复到原来设计的形状,从而将伤骨紧紧抱合,起到固定与支撑的作用。使用该合金手术,不仅具有手术操作简便、缩短时间和愈合周期、生物相容性优良、降低人为性损伤等优点,而且其强度是不锈钢的4倍,不会发生弯曲与断裂。血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后,会逐渐恢复成网状,从而阻止95%的凝血块流向心脏和肺部。

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