Пена, которая помнит

Поразительные результаты научных исследований приведут к созданию новых приборов, работающих на основе эффекта запоминания формы
Вирджиния Хеффернан (Virginia Heffernan)

Журнал «Никель», март 2008 г. -- Ученые США заявляют, что они нашли более дешевый, быстрый и энергосберегающий способ производства сплавов с эффектом запоминания формы. Его суть – удаление излишнего пространства между отдельными кристаллами.

Новый метод, в создании которого принимали участие эксперты Северо-Западного университета (Northwestern University) и эксперты в области сплавов с эффектом запоминания формы из государственного университета г. Бойсе (Boise State University), преобразует никелево-марганцево-галлиевый сплав в пену, которая меняет форму при помещении в магнитное поле, а при перемене полюсов магнитного поля возвращает свою первоначальную форму.

Такая пена может применяться при замене машины сложной конструкции на машину упрощенного дизайна с меньшим количеством деталей, для улучшения эффективности мельчайших устройств позиционного управления или для совершенствования контроля за выхлопами двигателей внутреннего сгорания путем ускорения движения клапанов.

«Европейские автостроители занимаются разработкой клапанов, механизм действия которых основан на использовании магнитных сплавов с эффектом запоминания формы, – говорит профессор государственного университета г. Бойсе Питер Мюлнер (Peter Müllner). – В этом устройстве крайне важна быстрота действия».

Одним из ключевых преимуществ магнитных сплавов с эффектом запоминания формы по сравнению с термомагнитными – сплавами, имеющими температурную зависимость, – является их более высокий показатель быстродействия. Другое достоинство – возможность их дистанционной активации, что делает их потенциально полезными для использования в биомедицинских целях: например, для реконструкции просвета артерии с помощью расширителя-стента.

Но до сих пор эти материалы могут работать только как отдельные кристаллы, которые сложно и дорого выращивать.

Поэтому объединенная команда двух университетов (Northwestern-Boise) приступила к созданию материала, который по своим деформационным свойствам приближался бы к великолепным свойствам никелево-марганцево-галлиевого кристалла, но без требуемых для производства каждого в отдельности кристалла финансовых, временных и энергетических затрат.

Для достижения этой цели профессор Дэвид Данэнд (David Dunand) и д-р Юттанант Бооньонгманеерат (Yuttanant Boonyongmaneerat) с кафедры материаловедения и инженерного дела Северо-западного университета выливали расплавленный никелево-марганцево-галлиевый сплав в пористый прессованный порошок алюмината натрия. Никель составлял больше половины расплавленного материала. После того как металл отвердевал, они выщелачивали окислы в кислоте, оставляя большие пустоты в сплаве.

Получившаяся в результате металлическая пена похожа на губчатую пористую ирисную (конфетную) массу, в которой есть достаточно места для движения отдельных кристаллов. В типичном поликристаллическом металле в присутствии магнитного поля кристаллы обычно растягиваются по разным направлениям, гася движения друг друга.

Когда Мюллнер и аспирант Маркус Шмиелус (Markus Chmielus) поместили пену в магнитное поле, они обнаружили, что она деформировалась на 0,12% – деформация не настолько большая, как у отдельного кристалла, но все же дающая достаточный повод для того, чтобы говорить об успехе, так как такая степень деформации в 60 раз больше той, что наблюдалась у поликристаллов ранее.

«Эти результаты повлекут за собой новые направления исследований, которые будут иметь промышленное значение», – говорит Мюллнер.

Главным конкурентом новой металлической пены является Терфенол D (Terfenol D), другой ферромагнитный сплав, разработанный для эхолокационных приборов военного назначения. Он преобразует магнитное поле в механическую силу, однако его максимальный коэффициент деформации составляет 0,12%. Если бы Данэнд и Мюллнер смогли превзойти этот показатель, еще немного поработав со своей новой пеной, они могли бы предоставить более легкую, компактную и более действенную альтернативу для таких приборов, как датчики и магнитно-механические сенсоры.

Вирджиния Хеффернан - наш внештатный автор  из Торонто.

ФОТОГРАФИИ: Государственный университет г. Бойсе

<< Назад   --   Вперед >>