Инженеры разработали новый вид формы

Sep 27, 2023

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Металлы с памятью формы, которые могут превращаться из одной формы в другую просто при нагревании или ином срабатывании, оказались полезны в различных приложениях, например, в качестве приводов, которые могут управлять движением различных устройств. Теперь открытие новой категории материалов с памятью формы, изготовленных из керамики, а не из металла, может открыть новый спектр применений, особенно для высокотемпературных условий, таких как приводы внутри реактивного двигателя или глубокой скважины.

О новых результатах было сообщено сегодня в журнале Nature в статье бывшего аспиранта Эдварда Пэнга, доктора философии '21, и профессоров Грегори Олсона и Кристофера Шу, работающих на факультете материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института.

Материалы с памятью формы, объясняет Шу, имеют две различные формы и могут переключаться между ними. По его словам, они могут быть легко вызваны температурой, механическим напряжением или электрическими или магнитными полями, изменяя форму таким образом, что возникает воздействие силы.

«Это интересные материалы, потому что они похожи на твердотельный поршень», — говорит он, — другими словами, на устройство, которое может на что-то давить. Но хотя поршень представляет собой сборку многих частей, материал с памятью формы — это твердотельный материал, который делает все это. Ему не нужна система. Ему не нужно много деталей. Это просто материал, и он самопроизвольно меняет свою форму. Он может выполнять работу. Поэтому он интересен как «умный материал», — говорит он.

Металлы с памятью формы уже давно используются в качестве простых приводов в различных устройствах, но их возможности ограничены достижимыми температурами эксплуатации используемых металлов, обычно не превышающими несколько сотен градусов Цельсия. Керамика выдерживает гораздо более высокие температуры, иногда до тысяч градусов, но известна своей хрупкостью. Теперь команда Массачусетского технологического института нашла способ преодолеть это и создать керамический материал, который может срабатывать без накопления повреждений, что позволяет ему надежно функционировать как материал с памятью формы в течение многих циклов использования.

«Материалы с памятью формы, которые существуют в мире, все металлические», — говорит Шух. «Когда вы меняете форму материала на атомном уровне, можно причинить массу повреждений. Атомам приходится перетасовывать и менять свою структуру. неправильные места и создают дефекты и повреждают материал, что приводит к их усталости и в конечном итоге к разрушению».

Он добавляет, что «в конечном итоге вы получаете материалы, которые могут деформироваться несколько раз, но затем, в конце концов, они деградируют и могут развалиться. А поскольку металлы настолько пластичны, они немного более устойчивы к повреждениям, и поэтому эта область действительно сконцентрирована». на металлах, потому что, когда металл поврежден изнутри, он это переносит».

Керамика, напротив, вообще плохо переносит повреждения и обычно не гнется, а ломается. Известно, что цирконий обладает свойством памяти формы, но он очень легко накапливает повреждения во время цикла памяти формы — свойство, измеряемое как высокий гистерезис. «В этой работе мы хотели разработать новую керамику и специально ориентироваться на гистерезис. Мы хотели создать керамику, в которой преобразование [формы] все еще остается гигантским: мы хотим проделать много работы. в атомном масштабе все более мягко».

Шу объясняет, что Панг, который руководил работой, «взял все современные научные инструменты, все, что вы можете назвать — вычислительную термодинамику, физику фазовых превращений, кристаллографические расчеты, машинное обучение — и соединил все эти инструменты совершенно по-новому». «с целью решения проблемы создания такого материала.