材料也能很聰明嗎?材料也能有記憶嗎?答案是YES!

材料也能很聰明嗎?材料也能有記憶嗎?答案是YES!

有沒有可能,在不改變材料性質的情況下,藉由外部刺激讓材料產生「形變」?甚至透過「訓練」,讓材料有記憶,只要給刺激就改變形狀?答案是YES!實務上,這些材料常應用於致動、感測與能量回收等情境。

目前具備這種「天賦」的材料有四大類:壓電材料(Piezoelectric materials)、熱致形狀記憶合金(Thermal shape memory alloys, SMAs)、磁性形狀記憶合金(Magnetic shape memory alloys, MSMAs)、介電彈性體(Dielectric elastomers, DEs)。

壓電材料是當中最廣為應用的一種,例如汽車業常見的引擎噴油嘴,就是運用材料特性來產生「致動」的代表例。而力感測器(force sensors)與壓電感應式荷重計(load cell),則是「感測」應用的典型。

在談熱致形狀記憶合金之前,先說說什麼是「形狀記憶合金」(SMA)。SMA也是成熟的應用技術,指的是材料在某一溫度下,受外力而變形,當外力去除後,仍保持變形後的形狀。但加熱到特定溫度時,材料會恢復到變形前的形狀。透過上千次的溫度循環訓練,SMA就像有了記憶,可自動產生形變。「熱致形狀記憶合金」因為刺激源為熱源,所以得此名,代表例子有醫學界常用的支架,或鎳鈦合金迴紋針。

磁性形狀記憶合金(MSMA)與SMA相似,不僅對溫度有反應,對磁場也有反應,但製造過程有一定的挑戰。透過施加外力和外部磁場,MSMA原料棒材內的晶體結構會產生形變。由於對溫度與磁場皆有反應,使得工業界投入不少MSMA的應用開發,代表例子如微型斷路器(MCB)。

橡膠狀的介電彈性體(DE)通常被夾在兩塊正反磁極的電極板中間,外加的電壓讓電極板相互吸引,擠壓DE,產生形變,例如電容器。如果把DE做成薄膜狀,DE的一丁點兒形變(位移)都會改變電容,而能作為精準變形的量測,相信很快就會有工業界的商品化應用問世。

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