Znajdź zawartość

Badacze z Tohoku University opracowali superelastyczny stop żelaza, którego wytrzymałość na rozciąganie przekracza granicę 1 gigapaskala. Może on być wykorzystywany podczas skomplikowanych operacji serca i mózgu oraz w konstrukcjach budowanych na obszarach występowania trzęsień ziemi. Japończycy twierdzą, że po rozciągnięciu materiał – żelazo polikrystaliczne - powraca do pierwotnego kształtu, a jego nadzwyczajna elastyczność decyduje o kilku innych właściwościach, w tym o kowalności i zmiennej magnetyzacji. Maksymalny poziom naprężenia nowego stopu, po którego przekroczeniu następuje przerwanie, jest dwukrotnie wyższy niż w przypadku nitinolu (NiTi, stopu z pamięcią kształtu; 49% niklu i 51% tytanu). Wg naukowców z Kraju Kwitnącej Wiśni, nadaje się on do wykorzystania w postaci stentów – rurek podtrzymujących naczynia i zapobiegających ich zapadaniu się. Ponieważ stop żelaza charakteryzuje się wysokim naprężeniem maksymalnym (dużą wytrzymałością), można z niego "wyciągać" bardzo cienkie przewody, które sięgają położonych w głębi ciała rejonów, np. mózgu, gdzie mają się znaleźć stenty. Średnica nitinolowych sprężynek stosowanych obecnie przy angioplastyce wieńcowej jest natomiast zbyt duża, żeby przeprowadzić podobny zabieg na mózgu – wyjaśnia jeden z członków japońskiego zespołu badawczego T. Omori. W komentarzu do artykułu zespołu z Tohoku University opublikowanego na łamach Science profesor Ibrahim Karaman z Texas A&M University i jego doktorant Ji Ma napisali, że po ogrzaniu nowy stop wykazuje właściwości bezdyfuzyjnej przemiany fazowej. Atomy kryształów w uporządkowany sposób przeorganizowują swoje upakowanie, co leży u podłoża makroskopowej zmiany kształtu obiektu. Po zaimplantowaniu stent z żelaza polikrystalicznego rozszerza się pod wpływem ciepła ciała i osiąga pożądaną formę.

Elastyczne twory, które zmieniają kształt pod wpływem niewidzialnych sił – okazuje się, że w taki sposób można będzie opisywać nie tylko rekwizyty z powieści fantastycznych, ale też przedmioty codziennego użytku. Stanie się tak za sprawą dwóch zespołów badawczych, kierowanych przez Peter Müllnera z Boise State University oraz Davida Dunanda z Northwestern University. Pracują one bowiem nad tzw. piankami magnetycznymi z pamięcią kształtu (ang. magnetic shape-memory foams) – materiałami, które można ściskać i rozciągać za pomocą pola magnetycznego. Wspomniane pianki mają strukturę przypominającą ser szwajcarski i są wykonane ze stopu niklu, magnezu oraz galu. Swoje niezwykłe zdolności zawdzięczają strukturze krystalicznej metalu, w którym ziarna rozciągają się w poprzek włókien "gąbki". Pod wpływem pola magnetycznego włóka te mogą zmieniać rozmiary o około 10 procent. Co ciekawe, materiał zachowuje nowy kształt również po wyłączeniu pola magnetycznego, ale wraca do pierwotnej formy, jeśli pojawi się nowe pole, obrócone względem poprzedniego o 90 stopni. Metaliczna pianka jest łatwa do wyprodukowania – wystarczy wlać płynną mieszankę metali w formę wypełnioną porowatym glinianem sodu, a po ostudzeniu rozpuścić sól za pomocą kwasu. Podczas testów w zmiennym polu magnetycznym okazało się, że nawet po 10 milionach cykli "roboczych" nowy materiał dorównuje niektórymi parametrami najlepszym siłownikom magnetycznym. Po dalszych udoskonaleniach, można będzie z niego produkować np. niewielkie urządzenia sterujące czy pompy do aparatury medycznej, pozbawione klasycznie rozumianych części ruchomych.