我科研人員發現超低模量、零滯后、線性超彈性金屬材料

記者25日從西安交通大學獲悉，該校前沿科學技術研究院微觀組織科學中心博士生朱家明和他的合作者在優化形狀記憶合金力學性質方面，發現一種同時具備超低模量、零滯后、線性超彈性金屬材料，其研究成果被國際材料權威期刊《材料視野》日前在線發表。

西安交大博士生朱家明和他的合作者通過理論分析和相場模擬創新性地提出了綜合利用成分波動調控效應和預加載荷效應來調制形狀記憶合金中的馬氏體相變，進而優化其力學性質。他們發現：在形狀記憶合金中引入成分波動可以有效的調控馬氏體相變的動力學過程，將其從強一級相變轉變為宏觀連續相變；通過預加載荷引入的馬氏體核胚避免了馬氏體相變過程中的重復形核，使得馬氏體相變直接進入長大階段。這一發現不僅適用于形狀記憶合金，同時也適用于鐵電材料和鐵磁材料。

形狀記憶合金由于其獨特的力學性能被廣泛應用于生物醫療和工業領域，包括骨移植材料，醫用導管，驅動器，傳感器等。然而這些器件的性能遠未達到預期水平，當前骨移植材料的模量遠高于人體骨骼的楊氏模量（20-30GPa），將引起應力屏蔽效應，應力屏蔽效應一直是影響骨移植材料服役時間和病患康復時間的主要因素。與此同時，伴隨形狀記憶合金的應力滯后導致形狀記憶合金驅動器的效率只有不到1%，遠低于其他類型驅動器的效率。

此外，形狀記憶合金的強非線性變形行為使得驅動器的*控制非常困難，這對其在微創手術，機器人等領域的應用形成了極大的挑戰。這一成果有望解決骨移植材料中的應力屏蔽效應問題，為開發下一代高效率高精度驅動器提供方案。

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