Zrínyi Miklós

II. Intelligens kemény anyagok

Az intelligens anyagok jelentős hányadát alkotják azok a szilárd anyagok, amelyeknek tulajdonságai elektromos vagy mágneses tér hatására változik meg. Bizonyos ötvözetek, főként a ritka fémek (Tb, Dy, Sa) ötvözetei, mint például a Terfenol-D vagy a Samfenol, mágneses tér hatására változtatják méretüket. Ezt a jelenséget magnetostrikciónak nevezzük. A próbatest hossza a tér irányában mérve megnő, arra merőlegesen pedig csökken. Az elektromos tér hatására bekövetkező méretváltozás (elektrostrikció) különleges esete a piezoelektromosság.

A méretváltozás általában igen kicsi, ezért ezek a jelenségek nagyon sokáig csak tudományos érdekességek voltak. Néhány évtizeddel a felfedezésük után azonban megszülettek azok a speciális mikroszkópok, amelyekkel az anyag nemcsak vizsgálható atomi szinten, hanem mozgatható is. Ebben már nagyon fontos szerephez jutnak ezek az anyagok, mivel nagy pontosságú pozícionáló eszközök készíthetők belőlük.

Az alakmemóriával rendelkező anyagok az intelligens anyagok nagy, önálló csoportját alkotják. Ide tartoznak az emlékező fémek és műanyagok. A legismertebb alakmemóriával rendelkező fém egy nikkel-titán ötvözet, a Nitinol. Amennyiben az emlékező fém formáját egy kritikus hőmérséklet felett hozzuk létre, akkor a fém erre az alakra a kritikus hőmérséklet alatt bekövetkező maradandó alakváltozás után is emlékszik. Ha alacsony hőmérsékleten valamilyen mechanikai hatás miatt a fémtárgy alakja megváltozik, akkor ez a kritikusnál magasabb hőmérsékletre hevítve visszanyeri az eredetileg kialakított formáját.

Felmelegítés nélkül megállapíthatatlan, hogy a fém memóriája milyen eredeti formát őriz. E szokatlan tulajdonság az alak és a termikus kölcsönhatás szoros kapcsolatának köszönhető. Speciális polimerekkel is lehet alakot tárolni. Az emlékező anyagok megjelenése új lehetőségekkel gyarapíthatja a modern technikát. Gondoljunk például arra, hogy a világűrben használt nagy kiterjedésű eszközeink célba juttatása milyen nehéz és költséges feladat. Megfelelő memóriával rendelkező anyagok kifejlesztésével megvalósítható, hogy az egyik állapotban az anyag nagyon kompakt, a másikban pedig a feladat ellátásához szükséges nagy kiterjedésű szerkezetnek felel meg. Az állapotváltozással, amit előidézhetünk például a hőmérséklet megváltoztatásával, előhívhatjuk a "memóriában" tárolt alakzatot. A feladat elvégzése után a műtárgy eltávolítása ismét a "csomagolással" kezdődhet.

Videó: Emlékező fém: Nitinol (mpg, 1,24 MB)

Az emlékező anyagokat az orvosi gyakorlatban is eredményesen használhatják. Például elzáródott erek újbóli megnyitásakor alkalmaznak emlékező fémeket és polimereket. Az anyag kémiai szerkezetének megfelelő megválasztásával a kritikus hőmérsékletet éppen az emberi test hőmérsékletére állítják be, majd a fémet vagy műanyagot melegen spirál alakúra hajtják össze. Ezt követően az így nyert rugót lehűtik, aztán egyenesre nyújtják. Betolják az érbe, majd a testmeleg hatására az egyenes szál ismét spirállá ugrik össze, így tágítja az eret és megakadályozza azt, hogy az esetleges vérrögöket a véráram magával ragadja.