形状记忆金属可以通过加热或其他方式从一个形状恢复到另一个形状,在各种应用中都很有用,例如可以控制各种设备的运动的致动器。现在,MIT研究人员发现了一种由陶瓷而非金属制成的新型形状记忆材料,这种材料的发现可能会开辟一个新的应用领域,特别是在高温环境下,如喷气发动机或深井中的致动器。形状记忆材料有两种不同的形状,可以在它们之间来回切换。它们可以很容易地被温度、机械应力或电场或磁场触发,以施加力的方式改变形状。
形状记忆金属长期以来一直被用作各种设备中的简单致动器,但受到所用金属可达到的工作温度的限制,通常最多几百摄氏度。陶瓷可以承受更高的温度,有时可达数千度,但以其脆性著称。现在,麻省理工学院的团队已经找到了一种克服这一问题的方法,并生产出一种陶瓷材料,这种材料可以在不累积损伤的情况下启动,从而使其能够在多次使用循环中作为形状记忆材料可靠地发挥作用。陶瓷之前完全不能承受损伤,通常不会弯曲,但会断裂。氧化锆是一种已知的具有形状记忆特性的材料,但它在形状记忆周期中很容易累积损伤,这种特性被测量为高滞后。研究人员使用了所有现代科学工具,你能想到的一切——计算热力学、相变物理、结晶学计算、机器学习——并以全新的方式将所有这些工具组合在一起,以解决制造这种材料的问题。这项工作很好地展示了“材料科学思维”的力量,其基础是久经考验的材料设计原则,以证明形状记忆陶瓷的性能可以接近其金属同类产品的一些最佳性能。
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