Nitinol: Liệu rằng liệu có thể thay đổi hình dạng theo ý muốn?!

Nitinol, một hợp kim kỳ lạ được tạo ra từ niken và titanium, sở hữu một khả năng độc nhất vô nhị: nhớ hình dạng (shape memory effect) và siêu đàn hồi (superelasticity).

Vậy Nitinol là gì và nó có gì đặc biệt đến thế? Hãy cùng tìm hiểu!

Nitinol, tên gọi đầy đủ là Nickel-Titanium Naval Ordnance Laboratory, được đặt theo nơi nó ra đời – Phòng Thí nghiệm Vụ Khí Hải quân. Hợp kim này có cấu trúc tinh thể đặc biệt, cho phép nó biến dạng đáng kể khi chịu lực tác dụng, nhưng lại quay trở về hình dạng ban đầu khi nhiệt độ được tăng lên.

Tính chất phi thường của Nitinol:

• Nhớ hình dạng: Nitinol có khả năng “nhớ” hình dạng ban đầu của nó sau khi bị uốn cong hoặc biến dạng. Khi được nung nóng đến một nhiệt độ xác định (nhiệt độ chuyển pha), Nitinol sẽ tự động trở lại hình dạng ban đầu như thể nó chưa bao giờ bị biến đổi.

• Siêu đàn hồi: Nitinol có thể chịu đựng được sự biến dạng lên tới 8% mà không bị hỏng, sau đó nó sẽ phục hồi hoàn toàn về trạng thái ban đầu khi lực tác dụng được dỡ bỏ.

Ứng dụng đa dạng của Nitinol:

Khả năng phi thường của Nitinol đã mở ra cánh cửa cho vô vàn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:

• Y tế: Nitinol được sử dụng trong stent tim mạch, giúp mở rộng động mạch bị hẹp; các loại implant răng; dây kim loại để cố định xương gãy; và thậm chí là cả trong kính mắt điều chỉnh tự động.

• Hàng không vũ trụ: Nitinol được ứng dụng trong các bộ phận của động cơ máy bay, van điều hòa nhiệt độ cho vệ tinh và các thiết bị khác cần chịu đựng sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt.

• Thiết bị tiêu dùng: Nitinol được tìm thấy trong khung kính mắt thông minh, lò xo đàn hồi có khả năng phục hồi tốt hơn kim loại truyền thống và thậm chí là cả trong đồ chơi trẻ em!

Sản xuất Nitinol:

Nitinol được sản xuất bằng cách trộn niken và titanium với tỷ lệ khoảng 50:50. Hỗn hợp này sau đó được nung nóng đến nhiệt độ cao, sau đó làm lạnh nhanh để tạo ra cấu trúc tinh thể đặc biệt cho phép Nitinol có khả năng nhớ hình dạng và siêu đàn hồi.

Thách thức trong sản xuất:

Sản xuất Nitinol là một quá trình phức tạp đòi hỏi kỹ thuật cao và điều kiện kiểm soát nghiêm ngặt.

• Kiểm soát tỷ lệ niken-titanium: Tỷ lệ chính xác giữa niken và titanium là rất quan trọng để tạo ra Nitinol có các đặc tính mong muốn.

• Điều kiện nhiệt độ và thời gian nung: Quá trình xử lý nhiệt phải được thực hiện với nhiệt độ và thời gian chính xác để tạo ra cấu trúc tinh thể phù hợp cho Nitinol.

Bảng so sánh Nitinol với các vật liệu truyền thống:

Tương lai của Nitinol:

Nitinol đang được nghiên cứu và phát triển để mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như robot mềm, thiết bị điều khiển nhiệt độ tự động và các vật liệu thông minh khác.

Với những tính chất đặc biệt của mình, Nitinol chắc chắn sẽ là một trong những vật liệu quan trọng nhất của thế kỷ 21!