هواپیماهای تغییر شکل همچنان یک مفهوم در داستان های علمی تخیلی هستند، زیرا دانشمندان تلاش کرده اند ماده ای را بسازند که هم انعطاف پذیر و هم به اندازه کافی قوی باشد که بتواند در شرایط پرواز مقاومت کند.
اکنون محققان یک ماده الاستیک فوق العاده قوی نیتینول ساخته اند. این ماده به استحکام فولاد است، اما 20 برابر انعطاف پذیرتر است و حتی می تواند مانند لاستیک کشیده شود و به آن اجازه می دهد برای ساخت بال های تغییر شکل پذیر استفاده شود.
نتایج تحقیقات مربوطه در شماره جدید Nature (DOI:10.1038/s41586-024-07900-4) منتشر شده است. نویسندگان اصلی از موسسه ملی علوم مواد (NIMS)، دانشگاه شی آن جیائوتنگ، دانشگاه سیچوان، انرژی سبز لونجی، و آزمایشگاه ملی فیزیک ماده متراکم پکن، موسسه فیزیک، آکادمی علوم چین هستند.
▲ مقایسه آلیاژ DS-STG با آلیاژهای فلزی معمولی و مواد آلی
مطالعات قبلی نشان داده است که آلیاژهای Ti-Ni دارای برخی ویژگیهای استثنایی هستند، مانند اینکه میتوانند تا حدودی بسیار بالاتر از سایر آلیاژهای فلزی کشیده شوند در حالی که شکل خود را بدون تغییر نگه میدارند. هنگامی که دمای آلیاژ افزایش می یابد، می تواند به شکل اولیه خود بازگردد. مشکل این است که این خاصیت در دمای بسیار محدود است.
▲ آلیاژ DS-STG میتواند استحکام فوقالعاده پلیمر مانند و مقاومت عالی در برابر خواص خستگی کرنش بالا را در طیف وسیعی از دماها نشان دهد.
در پاسخ، پروفسور NIMS، Ren Xiaoxun، یک «روش سه مرحلهای» ابداع کرده است که به آلیاژ Nitinol اجازه میدهد این ویژگی را در محدوده وسیعتری از دما نشان دهد.
ابتدا، محققان آلیاژ را بیش از 50 درصد تغییر شکل داده و کشش دادند. سپس آن را تا 300 درجه سانتیگراد گرم کردند و دوباره آن را تکرار کردند. بار سوم، آلیاژ می تواند 12 درصد دیگر افزایش یابد. در پایان فرآیند، این ماده می تواند فشارهای 18،000 برابر بیشتر از فشار معمولی جو را تحمل کند، دارای خواص به اندازه کافی قوی قابل مقایسه با فولاد است و می تواند 20 برابر انعطاف پذیرتر از آلیاژهای معمولی باشد.
▲ مسیر ماشینکاری حرارتی سه مرحله ای آلیاژ DS-STG و ریزساختار نمونه را بعد از هر مرحله درک کنید.
تاکنون، محققان موفق شدهاند آلیاژ تیتانیوم نیکل این ویژگی را در محدوده وسیعی از -80 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد نشان دهند.
رن به NewScientist گفت که این آلیاژ این خواص را نشان می دهد زیرا بیشتر شبیه شیشه است تا فلز. مناطقی در آلیاژ وجود دارد که مولکولها به گونهای چیده شدهاند که میتوانند به جای شکستن، مواد را برای تغییر شکل نگه دارند، در حالی که شیشه چنین مناطقی ندارد و بنابراین شکننده است.
شایان ذکر است که از آنجایی که روش تولید این ماده بسیار ساده است، فرآیند عملیات و نتایج آن در آزمایشگاه های دیگر قابل تکرار است و این ماده برای ساخت صنعتی در مقیاس بزرگ نیز مناسب است. اعتقاد بر این است که تحقیقات بیشتری در آینده ظاهر خواهد شد.
