Nitinol: อัศจรรย์โลหะความจำรูปร่างในอุตสาหกรรมการแพทย์และหุ่นยนต์!

Nitinol, หรือที่เรียกกันว่า “Nickel-Titanium Naval Ordnance Laboratory” เป็นโลหะผสมของนิกเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) ที่มีคุณสมบัติพิเศษที่น่าทึ่ง: “ความจำรูปร่าง”. คุณสมบัติพิเศษนี้ทำให้ Nitinol สามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้หลังจากถูกบิด พับ หรือเปลี่ยนรูปทรงภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง นั่นก็คืออุณหภูมิ!

Nitinol มีโครงสร้างผลึกสองแบบ: Austenite ที่เป็นสถานะความร้อนสูง และ Martensite ที่เป็นสถานะความเย็นต่ำ

การเปลี่ยนแปลง phaes:

เมื่อ Nitinol อยู่ในรูปร่าง martensite (อุณหภูมิต่ำ) จะมีความยืดหยุ่นและสามารถบิดหรืองอได้ง่าย เมื่อถูกความร้อนขึ้นไปถึงอุณหภูมิที่กำหนดเรียกว่า “อุณหภูมิเปลี่ยน phaes” Nitinol จะกลับสู่โครงสร้าง Austenite (อุณหภูมิสูง) และกลับคืนสู่รูปร่างเดิม

คุณสมบัติของ Nitinol:

• ความจำรูปร่าง: สามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากถูก विकฤต
• Superelasticity: สามารถยืดหยุ่นได้มากเกินกว่าโลหะทั่วไป โดยสามารถทนต่อการเครียดสูงโดยไม่เสียรูปร่างถาวร

คุณสมบัติ	ค่า
อุณหภูมิเปลี่ยน phaes (Austenite start)	25-70 °C
ความหนาแน่น	6.45 g/cm³
โมดูลัสของ Young	30 - 100 GPa

การประยุกต์ Nitinol:

Nitinol ได้รับความนิยมอย่างมากในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษที่ไม่เหมือนใคร

• อุปกรณ์ทางการแพทย์: Nitinol ถูกนำมาใช้ในการผลิต stent (อุปกรณ์ขยายหลอดเลือด) ที่สามารถขยายตัวเมื่อถูกความร้อนในร่างกาย, Catheter (ท่อสำหรับใส่เข้าไปในร่างกาย), และ clips สำหรับเชื่อมต่อกระดูก

• หุ่นยนต์: Nitinol สามารถสร้างกลไกที่ยืดหยุ่นและมีการเคลื่อนไหวคล้ายมนุษย์ Nitinol ถูกนำมาใช้ในการผลิต “Artificial muscles” , actuators (อุปกรณ์ควบคุมการเคลื่อนไหว), และ gripping mechanisms (กลไกการจับ)

• อุตสาหกรรมอื่นๆ:

  • แว่นตา: กรอบแว่นตาที่ทำจาก Nitinol จะยืดหยุ่นและทนทาน
  • สายรัดนาฬิกา: สายรัดนาฬิกาที่ทำจาก Nitinol จะปรับตัวให้เข้ากับข้อมือได้อย่างสบาย

การผลิต Nitinol:

Nitinol ผลิตโดยการหลอมเหลวโลหะผสมของนิกเกิลและไทเทเนียมตามอัตราส่วนที่ต้องการ การควบคุมความบริสุทธิ์และองค์ประกอบของโลหะผสมเป็นสิ่งสำคัญมากต่อคุณสมบัติของ Nitinol ที่ได้

หลังจากการหลอม, Nitinol จะถูกนำไปผ่านขั้นตอนการขึ้นรูปและการอบชุบเพื่อปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุ

ความท้าทายในการใช้งาน Nitinol: แม้ว่า Nitinol จะมีคุณสมบัติพิเศษที่น่าสนใจ แต่ก็ยังคงมีความท้าทายในการใช้งาน:

• ต้นทุน: Nitinol มีราคาค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับโลหะทั่วไป
• การควบคุมอุณหภูมิ:

คุณสมบัติ “ความจำรูปร่าง” ของ Nitinol จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อถูกความร้อนที่เหมาะสม การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำจึงเป็นสิ่งสำคัญ

• การกัดกร่อน: Nitinol สามารถเกิดการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมบางอย่าง

อนาคตของ Nitinol:

เทคโนโลยี Nitinol กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง นักวิจัยกำลังหาทางปรับปรุงคุณสมบัติของ Nitinol เช่น การเพิ่มความแข็งแรง, การลดต้นทุนการผลิต, และการพัฒนาวัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อน

Nitinol มีศักยภาพที่จะนำไปใช้ในอุตสาหกรรมใหม่ๆ เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น, โครงสร้างอาคารที่ปรับตัวได้, และระบบควบคุมการไหลของของเหลว

โดยสรุป Nitinol เป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติพิเศษและมีความสำคัญอย่างมากในปัจจุบัน

ด้วยความสามารถในการ “จำรูปร่าง” และความยืดหยุ่นสูง Nitinol มีศักยภาพที่จะสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ ในอนาคต