我科研人員發(fā)現(xiàn)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(xué)獲悉，該校前沿科學(xué)技術(shù)研究院微觀組織科學(xué)中心博士生朱家明和他的合作者在優(yōu)化形狀記憶合金力學(xué)性質(zhì)方面，發(fā)現(xiàn)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(quán)威期刊《材料視野》日前在線發(fā)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(chuàng)新性地提出了綜合利用成分波動調(diào)控效應(yīng)和預(yù)加載荷效應(yīng)來調(diào)制形狀記憶合金中的馬氏體相變，進而優(yōu)化其力學(xué)性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)：在形狀記憶合金中引入成分波動可以有效的調(diào)控馬氏體相變的動力學(xué)過程，將其從強一級相變轉(zhuǎn)變?yōu)楹暧^連續(xù)相變；通過預(yù)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(fù)形核，使得馬氏體相變直接進入長大階段。這一發(fā)現(xiàn)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(xué)性能被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域，包括骨移植材料，醫(yī)用導(dǎo)管，驅(qū)動器，傳感器等。然而這些器件的性能遠未達到預(yù)期水平，當(dāng)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(yīng)力屏蔽效應(yīng)，應(yīng)力屏蔽效應(yīng)一直是影響骨移植材料服役時間和病患康復(fù)時間的主要因素。與此同時，伴隨形狀記憶合金的應(yīng)力滯后導(dǎo)致形狀記憶合金驅(qū)動器的效率只有不到1%，遠低于其他類型驅(qū)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(qū)動器的*控制非常困難，這對其在微創(chuàng)手術(shù)，機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用形成了極大的挑戰(zhàn)。這一成果有望解決骨移植材料中的應(yīng)力屏蔽效應(yīng)問題，為開發(fā)下一代高效率高精度驅(qū)動器提供方案。

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