آلیاژ مس با حافظه شکلی می‌تواند در سرمای شدید، انرژی فضا و فناوری هیدروژن را تامین کند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، یک تلاش مشترک توسط مؤسسات پیشرو ژاپنی منجر به توسعه آلیاژ پایه مس (Cu-Al-Mn) با «اثر حافظه شکلی» منحصر‌به‌فرد در دمای پایین -۲۰۰ درجه سانتیگراد (-۳۲۸ درجه فارنهایت) شده است.
این پیشرفت می‌تواند به طراحی فناوری‌هایی برای سخت‌ترین محیط‌های زمین و فضا، جایی که مواد استاندارد کارایی ندارند، کمک کند.
می‌توان از آن برای ساخت ماشین‌هایی که در محیط‌های فوق‌العاده سرد مانند فضای عمیق یا در سیستم‌هایی که با هیدروژن فوق‌العاده سرد کار می‌کنند، استفاده کرد.
این توسعه توسط دانشگاه توهوکو، دانشگاه ایواته، آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA)، رصدخانه ملی نجوم ژاپن، دانشگاه شهر توکیو و دانشگاه کیوتو انجام شده است.
مواد محرک
این تحقیق به یک چالش دیرینه در علم مواد می‌پردازد.
مدت‌هاست که محققان به دنبال آلیاژ‌هایی هستند که بتوانند این «حافظه» را در سرمای شدید حفظ کنند.
آلیاژ‌های حافظه‌دار شکلی (SMA) موادی هستند که می‌توانند در حالت سرد قالب‌گیری شوند، اما پس از گرم شدن به حالت اولیه خود برمی‌گردند - مشابه فوم حافظه‌دار که شکل خود را حفظ می‌کند.
در حالی که آلیاژ‌های حافظه‌دار مبتنی بر نیکل-تیتانیوم (Ni-Ti) موجود این قابلیت را در دمای زیر ۲۰- درجه سانتیگراد از دست می‌دهند و سایر آلیاژ‌های حافظه‌دار با قابلیت برودتی غیرعملی هستند، این آلیاژ جدید Cu-Al-Mn یک راه حل مناسب ارائه می‌دهد.
توشیهیرو اوموری از دانشگاه توهوکو گفت: «وقتی دیدیم که این آلیاژ در دمای ۱۷۰- درجه سانتیگراد کار می‌کند، بسیار خوشحال شدیم. سایر آلیاژ‌های حافظه‌دار به سادگی نمی‌توانند این کار را انجام دهند.»
این آلیاژ جدید اولین ماده محرک کاربردی است که قادر به "خروجی کار زیاد" در این دما‌های شدید است.
محققان در بیانیه مطبوعاتی نوشتند: «این مطالعه با چالش یافتن اولین ماده محرک عملکردی که قادر به تولید کار زیاد در دما‌های زیر -۱۰۰ درجه سانتیگراد باشد، رو‌به‌رو شد.»
در ادامه آمده است: «محرک‌ها اجزایی هستند که نوعی ورودی را به انرژی مکانیکی (حرکت) تبدیل می‌کنند.»
اینها برای همه چیز، از مریخ‌نورد گرفته تا دستگاه‌های موجود در خانه‌های ما، حیاتی هستند.
در آزمایش‌ها نویدبخش بوده است
برای اثبات پتانسیل آن، تیم تحقیقاتی نمونه اولیه یک سوئیچ حرارتی مکانیکی را با استفاده از آلیاژ جدید Cu-Al-Mn خود به عنوان محرک ساختند.
نکته قابل توجه این است که این سوئیچ در دمای -۱۷۰ درجه سانتیگراد بدون نقص کار می‌کرد. این سوئیچ با تغییر دما، با قطع و وصل کردن تماس، گرما را تنظیم می‌کرد.
این پیشرفت، گامی اساسی در جهت ایجاد محرک‌های با کارایی بالا است که قادر به عملکرد در شرایط برودتی باشند - شاهکاری که قبلاً دست نیافتنی بود.
این امر امکانات هیجان‌انگیزی را ایجاد می‌کند، مانند توسعه‌ی کلید‌های حرارتی مکانیکی برای سیستم‌های خنک‌کننده در تلسکوپ‌های فضایی.
در این بیانیه مطبوعاتی آمده است: «سادگی و فشردگی چنین کلید‌های حرارتی مکانیکی، آنها را به یک فناوری حیاتی برای ماموریت‌های فضایی آینده تبدیل می‌کند.»
جدا از فضا، این نوآوری پتانسیل پیشرفت فناوری کربن خنثی، به ویژه در زمینه‌های چالش‌برانگیز حمل و نقل و ذخیره‌سازی هیدروژن را دارد.
در یک پیشرفت مرتبط، اما متفاوت، ناسا به طور فعال در حال توسعه تایر‌های فنری از جنس آلیاژ حافظه‌دار برای ربات‌های سیار خود است که در اکتشافات سیاره‌ای استفاده می‌شوند.
این ربات‌ها برای پیمایش سطوح چالش‌برانگیزی مانند سطوح مریخ طراحی شده‌اند، جایی که عملکرد تایر‌ها مهم است.
لاستیک‌های فلزی معمولی می‌توانند به طور دائم تغییر شکل دهند، در حالی که لاستیک‌های SMA که عمدتاً از نیکل-تیتانیوم ساخته شده‌اند، حتی تحت فشار شدید نیز می‌توانند تغییر شکل داده و به شکل اولیه خود بازگردند.
در همین حال، در یک پیشرفت دیگر، محققان دانشگاه سارلند در آلمان از SMA برای توسعه یک سیستم چنگش رباتیک جدید استفاده کردند.
این گیره سبک وزن با استفاده از دسته‌هایی از سیم‌های SMA بسیار ریز نیکل-تیتانیوم به عملکرد خود دست می‌یابد.