엔지니어들이 새로운 종류의 형태를 개발하다

Sep 27, 2023

MIT 뉴스 오피스 웹사이트에서 다운로드할 수 있는 이미지는 Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives 라이센스에 따라 비영리 단체, 언론 및 일반 대중에게 제공됩니다. 제공된 이미지를 크기에 맞게 자르는 것 외에는 변경할 수 없습니다. 이미지를 복제할 때는 크레디트 라인을 사용해야 합니다. 아래에 제공되지 않은 경우 이미지를 "MIT"로 표시하십시오.

이전 이미지 다음 이미지

단순히 따뜻해지거나 다른 방식으로 트리거되는 것만으로 한 모양에서 다른 모양으로 되돌아갈 수 있는 형상 기억 금속은 다양한 장치의 움직임을 제어할 수 있는 액추에이터와 같은 다양한 응용 분야에서 유용했습니다. 이제 금속이 아닌 세라믹으로 만들어진 새로운 범주의 형상 기억 재료의 발견으로 특히 제트 엔진 내부의 액추에이터나 깊은 시추공과 같은 고온 설정에 대한 새로운 응용 범위가 열릴 수 있습니다.

새로운 발견은 오늘 네이처(Nature) 저널에 MIT 재료공학과의 전 박사과정 학생인 Edward Pang PhD '21과 Gregory Olson 및 Christopher Schuh 교수의 논문으로 보고되었습니다.

Schuh는 형상 기억 물질은 두 가지 서로 다른 모양을 갖고 있으며 그 사이를 앞뒤로 전환할 수 있다고 설명합니다. 그들은 온도, 기계적 응력, 전기장이나 자기장에 의해 쉽게 촉발되어 힘을 가하는 방식으로 모양을 바꿀 수 있다고 그는 말합니다.

"그들은 일종의 고체 피스톤과 같기 때문에 흥미로운 재료입니다."라고 그는 말합니다. 즉, 무언가를 밀어낼 수 있는 장치입니다. 하지만 피스톤이 많은 부품의 집합체라면 "형상기억소재는 그 모든 일을 하는 고체 소재다. 시스템도 필요 없다. 부품도 많이 필요하지 않다. 그저 소재일 뿐이다. 모양이 저절로 바뀌고 일도 할 수 있어 '스마트 소재'로서 흥미롭다"고 말했다.

형상 기억 금속은 오랫동안 다양한 장치에서 간단한 액추에이터로 사용되어 왔지만 사용된 금속의 달성 가능한 서비스 온도(보통 최대 수백 도)에 의해 제한됩니다. 세라믹은 훨씬 더 높은 온도, 때로는 최대 수천도까지 견딜 수 있지만 부서지기 쉬운 것으로 알려져 있습니다. 이제 MIT 연구팀은 이를 극복하고, 손상이 누적되지 않고 작동할 수 있는 세라믹 소재를 제작해 여러 번의 사용에도 형상기억 소재로 안정적으로 기능할 수 있는 방법을 찾았습니다.

"세계에 존재하는 형상 기억 물질은 모두 금속입니다"라고 Schuh는 말합니다. "원자 수준에서 물질의 모양을 바꾸면 엄청난 피해가 발생할 수 있습니다. 원자는 구조를 바꾸고 구조를 바꿔야 합니다. 그리고 원자가 움직이고 섞이면 원자가 내부로 들어가기가 쉽습니다. 잘못된 부분이 생기고 결함이 생기고 재료가 손상되어 피로해지고 결국에는 부서지게 됩니다."

그는 "결국 몇 번 변형될 수 있는 재료를 갖게 되지만 결국 품질이 저하되어 분해될 수 있습니다. 그리고 금속은 연성이 있기 때문에 손상에 대한 저항력이 조금 더 강하기 때문에 현장에서 실제로 집중해 왔습니다." 금속은 내부가 손상되면 견딜 수 있기 때문입니다."

대조적으로 세라믹은 손상을 전혀 견디지 못하고 일반적으로 구부러지지 않고 파손됩니다. 지르코니아는 형상 기억 특성을 갖는 것으로 알려져 있지만 형상 기억 주기 동안 매우 쉽게 손상을 축적합니다. 이 특성은 높은 히스테리시스로 측정됩니다. "이 작업을 통해 우리가 하고 싶었던 것은 새로운 세라믹을 디자인하고 특히 히스테리시스를 겨냥하는 것이었습니다. 우리는 [모양] 변형이 여전히 거대한 세라믹을 디자인하고 싶었습니다. 우리는 많은 작업을 하고 싶습니다. 하지만 내부적으로는 원자 규모에서는 더 온화해요."

Schuh는 이 작업을 주도한 Pang이 "계산 열역학, 상 변환 물리학, 결정학 계산, 기계 학습 등 모든 현대 과학 도구를 모두 사용하여 이 모든 도구를 완전히 새로운 방식으로 결합했습니다"라고 설명합니다. " 이러한 소재를 만드는 문제를 해결하기 위해.