Khám phá bí mật về tính siêu đàn hồi và khả năng ghi nhớ hình dạng của Niken Titan

Niken titan đã trở thành một ngôi sao đang lên trong lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng vật liệu với đặc tính siêu đàn hồi và ghi nhớ hình dạng độc đáo của nó. Niken titan, một hợp kim nhị phân bao gồm niken và titan, thể hiện hiệu suất vượt trội so với các vật liệu truyền thống do sự kết hợp nguyên tử đặc biệt và cấu trúc vi mô của nó. Khả năng ghi nhớ hình dạng là một trong những đặc tính nổi bật nhất của niken titan. Khi pha gốc niken titan ở nhiệt độ nhất định được làm lạnh, sự biến đổi pha xảy ra để tạo thành pha martensite. Lúc này, một ngoại lực tác dụng lên hợp kim ở pha martensite để làm biến dạng nó. Khi được nung nóng, hợp kim sẽ tự động trở lại hình dạng ban đầu ở pha gốc như thể được ban cho bộ nhớ, kèm theo đó là quá trình biến đổi pha ngược. Quá trình biến đổi pha do nhiệt gây ra này cho phép hợp kim chuyển đổi hình dạng một cách chính xác trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau để đạt được các chức năng cụ thể.

Hiệu suất đàn hồi không thể tưởng tượng được
Tính siêu đàn hồi là một đặc tính tuyệt vời khác của niken titan. Niken titan thể hiện tính siêu đàn hồi trong phạm vi nhiệt độ hẹp cao hơn một chút so với nhiệt độ biến đổi của nó. Khi hợp kim chịu tác dụng của ngoại lực và tạo ra biến dạng lớn hơn nhiều so với biến dạng giới hạn đàn hồi của nó, biến dạng có thể tự động phục hồi tại thời điểm dỡ tải và vật liệu có thể trở lại hình dạng không bị biến dạng mà không cần gia nhiệt. Trong quá trình này, giới hạn đàn hồi của niken titan vượt xa giới hạn đàn hồi của vật liệu thông thường và không còn tuân theo định luật Hooke truyền thống. Tính siêu đàn hồi này có thể được chia thành siêu đàn hồi tuyến tính và siêu đàn hồi phi tuyến. Đường cong ứng suất-biến dạng của siêu đàn hồi tuyến tính có mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ giữa ứng suất và biến dạng; trong khi siêu đàn hồi phi tuyến, còn được gọi là giả đàn hồi chuyển pha, là kết quả của sự biến đổi pha martensitic do ứng suất gây ra và sự biến đổi pha ngược của nó trong quá trình tải và dỡ tải ở một phạm vi nhất định trên nhiệt độ Af. Độ giả đàn hồi chuyển pha của niken titan có thể đạt khoảng 8%. Nó có thể tác dụng một lực điều chỉnh nhẹ nhàng và liên tục lên răng ở nhiệt độ phòng và sử dụng các đặc tính siêu đàn hồi của nó để thích ứng với chuyển động phức tạp của răng trong quá trình chỉnh sửa, nhận ra chuyển động chậm và chính xác của răng, đồng thời cải thiện sự thoải mái và hiệu quả điều chỉnh của bệnh nhân. ​

Bí mật của sự sắp xếp nguyên tử
Lý do tại sao niken titan có khả năng ghi nhớ hình dạng kỳ diệu và đặc tính siêu đàn hồi như vậy nằm ở sự biến đổi lẫn nhau của các pha austenite và martensite trong cấu trúc vi mô của nó. Ở nhiệt độ cao hơn, hợp kim ở pha austenite, trong đó các nguyên tử được sắp xếp một cách có trật tự và chặt chẽ, tạo thành cấu trúc tinh thể austenite ổn định và đàn hồi. Khi nhiệt độ giảm xuống, hợp kim dần chuyển sang pha martensite và các nguyên tử được sắp xếp lại thành cấu trúc linh hoạt hơn. Ở trạng thái martensite, hợp kim dễ bị biến dạng. Khi chịu tác dụng của ngoại lực, cấu trúc song sinh sẽ phát triển thành cấu trúc tách rời để thích ứng với ứng suất bên ngoài. Một khi các điều kiện bên ngoài thay đổi, chẳng hạn như nhiệt độ tăng lên, hợp kim sẽ chuyển từ pha martensite trở lại pha austenite và các nguyên tử sẽ trở lại trạng thái sắp xếp có trật tự một lần nữa, do đó hợp kim sẽ trở lại hình dạng ban đầu. ​

Triển vọng tươi sáng cho ứng dụng rộng rãi​
Tính chất siêu đàn hồi và khả năng ghi nhớ hình dạng của niken titan khiến nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Ngoài lĩnh vực y tế nêu trên, trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, nó có thể được sử dụng để chế tạo các cánh có thể biến dạng, cho phép máy bay điều chỉnh hình dạng cánh trong thời gian thực tùy theo tốc độ bay và điều kiện luồng không khí, nâng cao hiệu quả bay và khả năng cơ động; trong lĩnh vực robot thông minh, các bộ phận truyền động làm bằng niken titan có thể đạt được khả năng điều khiển chuyển động chính xác và linh hoạt, tiếp thêm sức sống mới cho sự phát triển thông minh của robot; Trong cuộc sống hàng ngày, người ta còn có thể thấy niken titan, chẳng hạn như gọng kính siêu đàn hồi, có thể nhanh chóng trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị ngoại lực ép và biến dạng, mang lại sự tiện lợi, thoải mái cho cuộc sống của con người. ​