Материалы с памятью формы, а в особенности — металлические сплавы — имеют массу потенциальных применений. К примеру, они незаменимы в проведении некоторых хирургических операций: небольшой кусок такого сплава можно уместить в кровеносный сосуд, и когда искусственная вставка примет свою первоначальную форму, сосуд расширится.
Однако у всех сплавов с памятью формы одна общая проблема — низкая износостойкость. Спустя несколько применений (порой через 10, а иногда после 10 тысяч циклов) они теряли свою способность восстанавливать первоначальную форму. Теперь же команда американских инженеров опубликовала статью в журнале Science, в которой описала новую разработку — сплав из никеля, титана и меди, который может деформироваться и вновь обретать прежнюю форму до 10 миллионов раз подряд.
"Как правило, материалы с памятью формы, использующиеся в малоинвазивной хирургии, способны выполнить свою задачу один или максимум 3-5 раз, но не более. То, что сделали мы, будем надеяться, продвинет технологию вперёд", — говорит ведущий автор исследования профессор Манфред Вуттиг (Manfred Wuttig) из университета Мэриленда в США. (Кстати, на днях Вуттиг также презентовал новый класс магнитов).
Совместно с коллегами из университета Киля в Германии профессор Вуттиг разработал особый метод кристаллизации нового сплава, который и стал ключом к решению проблемы износостойкости. У сплава никеля, титана и меди атомы расположены таким образом, что он может переключаться между двумя различными конфигурациями множество раз. Именно этот "фазовый переход" и отвечает за способность материала множество раз принимать свою первоначальную форму после деформации. Саму же деформацию можно вызвать различными способами — например, воздействуя на материал теплом или сообщая ему электрическое напряжение.
За "сглаживание" процесса переключения между фазами отвечали крошечные частицы примеси Ti2Cu. По словам профессора Вуттига, эти частицы полностью совместимы с обеими кристаллическими структурами титана и меди.
В ходе эксперимента команда изготовила сплав в небольших камерах площадью в один квадратный сантиметр и толщиной менее чем в один миллиметр. Эти образцы испытывали при помощи тепла и механической деформации в общей сложности 10 миллион раз.
"Деформировать сплав физически было нетрудно, для этого мы просто использовали сжимающее устройство, работающее автоматически. С температурой было сложнее. Пришлось сконструировать небольшую печь, способную быстро нагревать и охлаждать материал. Всего испытания у нас заняли несколько недель", — рассказывает Вуттиг.
Изменения в структуре сплава исследовались при помощи мощных микроскопов и рентгеновских установок. Оказалось, что даже спустя 10 миллионов циклов деформации сплав не получил повреждений и по-прежнему мог принимать первоначальную форму.
Помимо медицины и хирургии новый сплав может найти своё применение в авиационной промышленности, к примеру, для изготовления управляющих поверхностей самолета. Но Вуттиг и его коллеги надеются оснастить своим новым изобретением обычные холодильники.
"В каждом бытовом холодильнике имеется компрессор. Он сжимает и расширяет жидкость, которая претерпевает фазовое превращение. Если вместо жидкости использовать наш новый сплав, то холодильник прослужит дольше", — заключил профессор Вуттиг.
