Память формы?
Как бы вы отреагировали на заявление о том, что памятью могут обладать не только живые существа, но и неживые? Например металлы. Наверное подумали бы, что человек, который так говорит не в своем уме?
Но я посоветовал бы не делать поспешных выводов, а ознакомиться с данной статьей, и ваши взгляды изменятся!
Если взять кусок проволоки и согнуть его пополам, а затем попытаться его вернуть в первоначальное состояние (разогнуть), то он уже не будет таким же ровным, каким был изначально. На месте сгиба все равно останется выпуклость, которая будет напоминать всем о том, что его сгинали.
Но спектр материалов, которые встречаются на нашей планете, а также материалов, которые были получены, благодаря научным исследованиям или случайным открытиям, очень широкий. И в нем нашлось место даже таким металлам, которые могут сами возвращать свою форму! Правда для этого этот материал нужно чуть-чуть подогреть (достаточно положить в теплую воду).
Какие материалы обладают памятью формы и для чего они нужны?
Самым известным и широко применимым материалом является нитинол (сплав никеля с титаном). Еще известно несколько сплавов, например Cu—Zn—Al, Cu—Al—Ni и другие.
Эти сплавы можно использовать в качестве игрушки, при помощи которой можно показывать фокусы. Например скрепка, которую можно разогнуть, а потом при помощи “магии”, она сама принимает исходную форму. Или ложка, которая сгинается силой мысли.
Но помимо игрулек, такие материалы имеют и широкое практическое применение. Например из них изготавливают медицинские стены, которые вставляются для расширения кровеносных сосудов. Стен в сжатом состоянии доставляется к месту установки, затем под действием температуры крови он принимает свою исходную форму (расширяется и тем самым служит распоркой для сосуда).
Еще их применяют в качестве термопредохранителей. При коротком замыкании происходит разогрев проводки, обычные предохранители при этом просто расплавляются и требуют замены, а термопредохранители – изменяют свою длину, тем самым размыкая цепь. А при остывании они вновь увеличиваются в длине и снова ее замыкают.
Эффектом памяти формы обладают металлы, точнее сплавы металлов. Лидером среди сплавов металлов, обладающих эффектом памяти формы, считается никелид титана или никинол. Он наиболее изучен и довольно часто применяется по сравнению с другими сплавами, «помнящими форму».
Никелид титана имеет свои достоинства ( стойкость к коррозии, высокая прочность, совместимость с живыми организмами и т.д. ) и недостатки ( легко присоединяет азот и кислород, дорого стоит ).
В настоящее время эффект памяти обнаружен более, чем у 20 сплавов:
Cu-Zn-Al. Наряду с никелидом титана имеет практическое применение. Температуры мартенситных превращений в интервале от -170 до 100˚C.
Преимущества (по сравнению с никелидом титана):
Можно выплавлять в обычной атмосфере.
Легко обрабатывается резанием.
Цена – в пять раз дешевле.
Хуже по характеристикам формозапоминания.
Хуже механические и коррозионные свойства.
При термообработке легко происходит укрупнение зерна, что приводит к снижению механических свойств.
Проблемы стабилизации зерна в порошковой металлургии.
Cu-Al-Ni. Разработан в университете города Осака, Япония. Температуры мартенситных превращения в интервале от 100 до 200˚C.
Fe-Mn-Si. Сплавы этой системы наиболее дешевые.
Эффект памяти формы применяется в повседневной жизни, возможно, не так широко, как мог бы применяться. Думаю, это, в первую очередь, связано с высокой стоимостью подобных сплавов.
Материалы с эффектом памяти используются в машиностроении, авиационной и комической промышленности, автомобилестроении, при производстве тепловой сигнализации. Сплавы с эффектом памяти формы достаточно широко применяются в медицине:
Противозачаточные спиральки, которые после введения приобретают функциональную форму под воздействием температуры тела.
Фильтры для введения в сосуды кровеносной системы. Вводятся в виде прямой проволоки с помощью кататера, после чего они приобретают форму фильтров, имеющих заданную локацию.
Зажимы для защемления слабых вен.
Искусственные мышцы, которые приводятся в действие электрическим током.
Крепежные штифты, предназначенные для фиксации протезов на костях.
Искусственное удлинительное приспособление для так называемых растущих протезов у детей.
Замещение хрящей головки бедренной кости. Заменяющий материал становится самозажимным под действием сферической формы (головки бедренной кости).
Стержни для коррекции позвоночника при скалиозе.
Временные зажимные фиксирующие элементы при имплантации искусственного хрусталика.
Оправа для очков. В нижней части, где стекла крепятся проволокой. Пластиковые линзы не выскальзывают при охлаждении. Оправа не растягивается при протирке линз и длительном использовании. Используется эффект сверхупругости.
-
Сообщение на педсовете из опыта работы
-
Экологическая обстановка в волгодонске сообщение
-
Сообщение обвалы что такое привести пример меры по защите
-
Сообщение об известном человеке пензенской области
- Река иртыш сообщение 4 класс
Преимущества и недостатки материалов с памятью формы
Преимущества:
1. Уникальные свойства: Материалы с памятью формы обладают уникальными свойствами, которые позволяют им изменять свою форму при изменении температуры, давления или других внешних воздействий. Это делает их очень полезными во многих областях, где требуется гибкость и адаптивность материалов.
2. Восстанавливающаяся форма: Одним из главных преимуществ материалов с памятью формы является их способность восстанавливать свою исходную форму после деформации. Это позволяет им использоваться в различных приложениях, где требуется восстановление формы после нагрузки или деформации.
3. Легкость использования: Материалы с памятью формы обычно легко использовать и обрабатывать. Они могут быть легко изготовлены в различных формах и размерах, что делает их удобными для различных проектов и приложений.
4. Долговечность: Материалы с памятью формы обычно обладают высокой стойкостью к износу и долговечностью. Они могут выдерживать множество циклов деформации и восстановления формы без потери своих свойств.
Недостатки:
1. Высокая стоимость: Материалы с памятью формы могут быть дорогими в производстве, что может повлиять на их доступность и использование в некоторых проектах.
2. Ограниченная температурная стабильность: Некоторые материалы с памятью формы могут иметь ограниченную температурную стабильность, что ограничивает их применение в высокотемпературных условиях.
3. Ограниченная механическая прочность: Некоторые материалы с памятью формы могут иметь ограниченную механическую прочность, что может ограничить их использование в некоторых приложениях, где требуется высокая прочность и стойкость к нагрузкам.
4. Ограниченная устойчивость к воздействию среды: Некоторые материалы с памятью формы могут быть чувствительными к воздействию влаги, химических веществ или других факторов окружающей среды, что может ограничить их применение в некоторых условиях.
В целом, материалы с памятью формы имеют множество преимуществ, которые делают их полезными во многих областях. Однако, они также имеют некоторые недостатки, которые нужно учитывать при выборе их для конкретных проектов и приложений.
Материальные формы представления информации для хранения
На чём дольше может сохраниться и не разрушиться информация: на бумаге, на виниловой пластинке, на магнитной ленте, на лазерном диске?
Информация — это различные сведения, которые передаются, принимаются и сохраняются людьми, живыми организмами, компьютерами или другими системами, реагирующими на информацию
В работе с информацией важно не только её воспринимать и понимать её смысл, но и сохранять, чтобы использовать в будущем.. Вы знаете, в каких формах может быть представлена информация
Рассмотрим теперь, каким образом можно сегодня записывать и сохранять информацию, представленную в том или ином виде.
Вы знаете, в каких формах может быть представлена информация. Рассмотрим теперь, каким образом можно сегодня записывать и сохранять информацию, представленную в том или ином виде.
С того момента, как люди научились отображать звуки и речь в виде знаков (букв, иероглифов и т. п.), они стали записывать известную им информацию. В таком виде её можно было передавать друг другу и сохранять для будущих поколений.
Записи в древности осуществлялись на стенах пещер, глиняных табличках, листах свинца и золота, папирусе, бересте. Позднее материальным носителями стали грифельные доски, пергамент (тонко выделанная кожа животных), позднее и бумага. Эти носители позволяли записывать знаковую информацию в виде букв, слов, знаков, символов, а также в виде образов — каких-либо статических изображений, рисунков.
В 19-м веке информацию научились записывать на стеклянные пластины, прозрачные плёнки и специальную бумагу, покрытые слоем специального материала, содержащего соли серебра. Под действием света изменялись химические свойства этого материала. Таким образом, появилась фотографическая запись информации о статических объектах. Позднее появилась кинематографическая запись информации, т. е. запись движущихся объектов.
Звук научились записывать также в конце 19-го века. Созданный прибор для записи звуков называли фонографом.
С иголкой из сапфира была связана тонкая мембрана, которая немного прикасалась к оловянному валику. Если на мембрану попадала звуковая волна, то начинала двигаться игла, оставляя бороздку различной глубины на валике. Таким образом удалось записать человеческий голос.
Чтобы прослушать запись, нужно было всего лишь поставить иглу на начало валика и привести его во вращение. Через некоторое время валик стали изготавливать из воска, а потом и его заменили круглой, плоской пластинкой. Такой прибор назвали граммофоном.
С развитием электротехники и электроники запись стало возможно проводить на совершенно новые материальные носители. Учёные, инженеры, техники научились записывать информацию на материалах, которые могли изменять и сохранять свои магнитные свойства. Сначала запись велась на намагничивающуюся проволоку, а позже — на гибкую ленту из синтетических материалов с нанесённым на неё ферромагнитным слоем.
Запись информации носила аналоговый характер: каждому информационному сигналу соответствовала изменённая структура материала ферромагнитного носителя информации. Эти носители записей информации применяются до настоящего времени. Пример применения такой ленты вы можете увидеть в виде полоски на банковских картах. Магнитные ленты применяются в специальных научных и технических устройствах, например в бортовых регистраторах самолётов, так называемых «чёрных ящиках».
С появлением компьютеров были созданы новые ёмкие носители информации для её быстрой записи, хранения и оперативного воспроизведения.
Компьютер позволил перейти от аналоговой записи информации к цифровой.
Любая информация в компьютере перекодируется в цифровую последовательность нулей и единиц и записывается на материальных носителях. Повысилось качество записи и воспроизведения информации.
Сначала записи велись на магнитных материалах, конструктивно выполненных в форме диска. Эти устройства назывались дискетами. Компьютер был оснащён накопителем на жёстких магнитных дисках. Потом появились лазерные диски, электронные карты памяти или флеш-карты, USB-флеш-накопители информации (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Электронные носители информации: а — жёсткий магнитный диск; б — флеш-карты; в — USB-флеш-накопители; г — оптические диски
Проверьте себя:
1. Как хранилась и передавалась информация во времена отсутствия письменности?
2. На чем в Древней Руси вели переписку люди?
3. Какое современное средство записи информации обладает наибольшим объёмом памяти?
* Вспомните из курса истории Средних веков, на чём писали ученики свои упражнения и на чём были выполнены их книги.
Топ вопросов за вчера в категории Другие предметы
Другие предметы 03.06.2023 16:24 1871 Куцкий Андрей
Вам поступило обращение от пользователя. С его слов водитель был сонный, ехал очень медленно, а на с
Ответов: 2
Другие предметы 06.06.2023 22:20 4779 Nesterovich Alexa
СРОЧНО!! сколько вам лет? -26 если бы вы родились 10 лет назад сколько бы вам было?
Ответов: 1
Другие предметы 20.01.2021 20:37 1505 Молчанова Зоя
В коробке лежат 24 одинаковые авторучки. Из них 13 красных, 5 зеленых, остальные — синие. Продавец н
Ответов: 1
Другие предметы 05.05.2023 23:32 976 Герасимчук Андрей
ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА.ДЗ: Используя диаграмму, ответьте на вопросы. ( фиолетавая- скрипка, синяя- гита
Ответов: 1
Другие предметы 10.04.2020 04:52 1178 Остапчук Дима
Помогите сочинить сказку про солнце!!!!!!!!!!!!
Ответов: 2
Другие предметы 12.06.2023 19:34 5696 Svezhentsova Ira
Составить список предметов быта (минимум 10), возникших в 20 веке
Ответов: 1
Другие предметы 03.10.2023 05:29 281 Караченцева Юлия
В чем заключались экономические и культурные контакты народов России и Кавказа? Какое значение они и
Ответов: 2
Другие предметы 30.06.2023 23:58 926 Каменева Даша
В классе 28 учеников. Учитель во время урока вызывает к доске одного ученика. Сколько различных элем
Ответов: 2
Другие предметы 13.06.2023 16:43 1679 Кулимшин Айдана
Естествознание Проведи наблюдение «Мой домашний питомец 1. Цель: 2. Объект: 3. Этапы наблюдения:
Ответов: 2
Другие предметы 07.07.2023 11:38 1836 Ощепков Никита
Ответить на вопросы. 1.Какова главная мысль легенды об Урал-Батыре? 2.О каких нравственных качеств
Ответов: 2
ABOUT MATERIALS WITH A MEMORY EFFECT AND FEATURES OF THEIR APPLICATION
The use of materials with a memory effect began actively in the 60s, mainly for military purposes, however, at present, such materials are also used in other areas. Alloys based on titanium nickelide (TiNi) have the so-called shape memory effect, which allows them to be used in a wide aspect. The article discusses the physical properties , methods of using alloys of the nickel-titanium system, called nitinol or nickelide titanium, as well as other alloys with shape memory. A review of options for the use of such materials in various fields.
О материалах с эффектом памяти и особенностях их применения
Терехин Алексей Геннадиевич,
Использование материалов с эффектом памяти активно началось еще в 60- х годах, в основном, в военных целях, однако в настоящее время такие материалы находят применение и в других сферах. Сплавы на основе никелид титана обладают так называемым эффектом памяти формы, что позволяет использовать их в широком аспекте. В статье рассматриваются физические свойства, способы применение сплавов системы никель — титан, называемых нитинол или никелид титаном, а также другие сплавы с памятью формы. Проведен обзор вариантов применения таких материалов в различных сферах. Ключевые слова: нитинол, никелид титана, эффект памяти сплавов, физические свойства.
Эффект памяти сплавов (ЭПС) основывается на бездиффузионном превращении мартенсит-аустенит при повышении температуры химического соединения и обратное превращение аустенит-мартенсит при понижении температуры. Процесс изменения формы и возвращения в исходное состояние сплавов которые также называют нитинол, может повторяться неоднократно.
При специальной термической обработке и фиксации требуемой формы сплава нитинола, а затем при понижении температуры на 30 0С ниже заданной аустенит-ного превращения, возможно произвести деформацию охлажденного сплава без механического разрушения.
Ограничивая внешнее воздействие на обработанный элемент из сплава с памятью формы лишь нагревом и охлаждением в температурном интервале конца превращений мартенсит-аустенит и аустенит-мартен-сит, изделие будет самопроизвольно деформироваться при знакопеременных изменениях температур окружающей среды. т.е. реализовывать эффект обратимой памяти формы .
Восстановление формы по второму механизму связано с образованием двойников в кристаллической решетке металлических материалов при механической нагрузке и их исчезновении при нагреве. Когда сплав, находящийся в мартенситном состоянии, деформируют, то происходит передвойникование или переориентация кристаллов мартенсита. Это обуславливает изменение формы образца. При нагревании восстанавливается структура и ориентация кристаллов исходной фазы, что приводит к восстановлению формы изделия . Превышение критического уровня деформации приводит к образованию необратимых двойников, исчезновение которых возможно только при рекристаллизации.
— ЭПС зависит от марки сплава со строго выдержанным химическим составом. От этого зависит температура мартенситных превращений;
— ЭПС проявляется только при термоупругих мартенситных превращениях;
— ЭПС может проявляться несколько миллионов циклов.
Полное восстановление формы наблюдается для сплавов с термоупругим мартенситом: Си-А!-^е, N Со, Мп), М-А1, ТМ\Н, ТьАи, Т^, ТьР^ Аи^, Ад^, Си^п-А1 .
В настоящее время известно более десяти основных ЭПС, а если учитывать сплавы, созданные на основе легирования, то их число может достигать более сотни. Из всего множества соединений с ЭПС можно выделить лишь некоторые, а именно ТьМ и Си^п-А1, которые и в чистом виде и совместно с легирующими элементами пригодны для практического использования в различных сферах промышленности. Сравнение свойств рассмотренных выше сплавов представлено в таблице 1.
Проанализировав данные, полученные из таблицы 1, модно сделать следующие выводы:
Применение материалов с памятью формы
Материалы с памятью формы имеют широкий спектр применения в различных отраслях. Вот некоторые из них:
Медицина
В медицине материалы с памятью формы используются для создания различных медицинских устройств и имплантатов. Например, они могут быть использованы для создания стентов, которые помогают расширить суженные артерии и восстановить нормальный кровоток. Также они могут быть использованы для создания зажимов для сосудов, которые помогают остановить кровотечение.
Авиация и автомобилестроение
В авиации и автомобилестроении материалы с памятью формы используются для создания различных деталей и механизмов. Например, они могут быть использованы для создания аэродинамических элементов, которые могут менять свою форму в зависимости от условий полета или движения. Также они могут быть использованы для создания амортизаторов, которые могут адаптироваться к различным нагрузкам и ударным нагрузкам.
Электроника
В электронике материалы с памятью формы используются для создания различных устройств и компонентов. Например, они могут быть использованы для создания микроэлектромеханических систем (МЭМС), которые могут менять свою форму для выполнения различных функций. Также они могут быть использованы для создания активных антенн, которые могут изменять свою форму для оптимизации приема и передачи сигналов.
Текстильная промышленность
В текстильной промышленности материалы с памятью формы используются для создания различных текстильных изделий. Например, они могут быть использованы для создания одежды, которая может менять свою форму в зависимости от температуры или движения тела. Также они могут быть использованы для создания текстильных изделий с эффектом “памяти”, которые могут восстанавливать свою форму после деформации.
Это лишь некоторые примеры применения материалов с памятью формы. Они также находят применение в робототехнике, энергетике, спортивных товарах и других отраслях.
Изучение металлов
Металлы, обладающие памятью, представляют собой группу специальных сплавов, которые имеют уникальное свойство возвращаться к своей первоначальной форме после деформации. Изучение этих материалов проводится с целью понять и оптимизировать их свойства, а также развить новые области их применения в различных индустриальных сферах.
В процессе изучения металлов с памятью формы, проводятся физические и механические испытания, чтобы определить их устойчивость к нагрузкам и деформациям. Одним из ключевых аспектов исследования является анализ микроструктуры материала и его состава, что позволяет лучше понять механизмы его работы и повысить качество производимых изделий.
Методы исследования металлов-памяти включают в себя:
- Металлографические исследования, которые позволяют изучить структуру и фазовый состав материалов;
- Микро- и макро-электронные анализы, которые дают возможность идентифицировать элементы и соединения в составе сплавов;
- Механические испытания, включающие растяжение, сжатие и изгиб, чтобы определить механические характеристики материала.
Опираясь на полученные результаты исследований, ученые и инженеры разрабатывают новые сплавы с оптимальными свойствами для конкретных применений, например, в медицинских имплантатах, автомобильных деталях или аэрокосмической промышленности.
Применение металлов памяти:
Отрасль
Примеры применения
Медицина
- Системы фиксации костей
- Имплантаты
- Зубные протезы
Автомобильная промышленность
- Защитные элементы в бамперах
- Тормозные детали
- Детали моторов
Аэрокосмическая промышленность
- Детали двигателей
- Крепежные элементы
- Теплозащитные покрытия
Таким образом, изучение металлов с памятью формы является важным направлением в материаловедении, которое позволяет разрабатывать инновационные материалы и улучшать существующие технические решения в различных отраслях промышленности.
Применение металлов с памятью в промышленности
Металлы с памятью – это уникальные материалы, способные запоминать свою форму и возвращаться к ней при изменении внешних условий. Благодаря этим свойствам они нашли широкое применение в промышленности.
Одним из основных областей использования металлов с памятью является медицина. Они находят применение в создании медицинских инструментов, например, специальных зажимов, стентов и пружин для протезирования сосудов и костей. Благодаря возможности изменения своей формы эти материалы обеспечивают точное восстановление поврежденных тканей и органов.
Еще одной сферой использования металлов с памятью является автомобильная промышленность. Они применяются для создания деталей, которые могут изменять свою форму и подстраиваться под внешние условия. Например, термостаты, работающие на основе эффекта памяти металлов, позволяют регулировать температуру двигателя.
Кроме того, металлы с памятью широко используются в энергетике, особенно в области возобновляемых источников энергии. Они позволяют создавать эффективные и надежные механизмы для солнечных батарей и ветрогенераторов. Благодаря своим уникальным свойствам, металлы с памятью способны максимально эффективно использовать энергию при переходе из одной формы в другую.
В промышленности также активно применяются металлы с памятью в сфере авиастроения. Они используются для создания комплексных систем управления позиционированием и закреплением деталей самолета. Этот материал обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, что делает его незаменимым в условиях экстремальной нагрузки и изменяющихся температур.
Таким образом, металлы с памятью – это важные материалы, широко применяемые в промышленности. Их уникальные свойства позволяют создавать инновационные и надежные конструкции, открывая новые возможности в различных сферах деятельности.
Деградация
Мартенситное превращение в сплавах на основе NiTi является атермическим процессом, скорость которого целиком определяется скоростью изменения температуры вблизи термодинамического равновесия фаз. Поэтому все специфические механические эффекты в NiTi, сопровождающие мартенситное превращение, такие как память формы, пластичность превращения, могут быть реализованы за очень малые времена при соответствующих режимах нагрева и охлаждения. В быстродействующих устройствах для ускорения обменом теплом с теплоагентом (жидким или газообразным) используют тонкомерную ленту, проволоку и трубы с микронными линейными размерами в сечении. В этом случае большое значение приобретает состояние свободной поверхности сплава. Поскольку даже небольшие вариации состава приводят к изменению температурной кинетики и полноты превращения, то сегрегация элементов и окисление поверхности существенно изменяют и специальные свойства материала
Особую важность указанное обстоятельство приобретает вследствие необходимости предварительной термической или термомеханической обработки материала
Исследования показали склонность никелида титана на свободной поверхности при термических воздействиях. В атмосфере, содержащей кислород, сплав окисляется с образованием оксидного слоя, содержащего в основном оксид TiO2
. Можно полагать, что поскольку титан химически весьма активен то в бескислородной среде атомы титана будут образовывать соединения с любым неинертным газом, например в атмосфере азота – нитриды. Избежать образования оксидов по границам зерен и на поверхности можно лишь при термообработках образцов в вакууме либо в инертной среде .