Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) и Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" разработали новые функциональные материалы из сплавов с памятью формы. На их основе можно создать множество микроустройств для медицины, космического и авиастроения и других сфер. Результаты работы опубликованы в журнале "Materials".
Эксперты отметили, что полученный сплав относится к числу "умных" (smart) материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ) и сверхупругости, которые после больших деформаций (до 14%) способны восстанавливать свою форму при нагревании.
Получить уникальный материал из сплава TiNiCu с высоким содержанием меди удалось при помощи комбинированного экстремального воздействия сверхбыстрым охлаждением из жидкого состояния и мегапластической (интенсивной) деформации.
По словам ученых, исследования последних лет показали, что ключом к получению новых необычных свойств материалов является создание уникальных структурных состояний с помощью экстремальных воздействий на твердые тела.
Материалы, созданные таким способом, в предельных состояниях являются последним достижением материаловедения, и нашли широкое применение в робототехнике, авиационных и космических технологиях, энергетике, приборостроении, биомедицине и биотехнологии.
"В результате сверхбыстрой закалки со скоростью охлаждения расплава около миллиона градусов в секунду получены ленты из сплавов системы TiNi-TiCu с высоким содержанием меди толщиной от 30 до 50 микрометров в аморфном состоянии в виде металлического стекла", — прокомментировал доцент кафедры "Физика твердого тела и наносистем" НИЯУ МИФИ Александр Шеляков.
Полученные тонкие быстрозакаленные ленты из сплавов TiNiCu показали себя весьма перспективным материалом для создания миниатюрных быстродействующих устройств, поскольку обладают узким температурным гистерезисом проявления ЭПФ.
"Далее мы применяли метод кручения под высоким давлением. Образцы аморфных лент помещались между двумя наковальнями и сжимались под гигантским давлением. Нижняя наковальня вращалась, и под действием сил поверхностного трения образец деформировался сдвигом. Поскольку воздействие происходило в условиях сжатия и кручения одновременно, образец не разрушался, а подвергался мегапластической деформации", — рассказал Александр Шеляков.
По мнению ученых, это открывает возможность для разработки инновационных функциональных материалов с высокими характеристиками ЭПФ, обладающих однородной субмикро- и наноразмерной структурой. Это поможет создать целый ряд микроустройств: микро-пинцеты, микро-клапаны, микро-захваты и микро-приводы для таких актуальных областей, как микробиотехнология или технологии микро(нано)электромеханических систем.