בלוג לנושאי מדע scienceblog.galbarak.co.il

למתכת החכמה Nitinol יש יכולת זכרון. כאשר היא מחוממת, היא הופכת משנה את צורתה, וחוזרת לצורה המקורית בה היתה לפני שעוותה. אז איך זה עובד?

השינוי בצורה נובע משינוי בצורה הגבישית של החומר.
אני לא ארחיב על נושא הגבישים, אבל אני אגיד שחומרים רבים שיכולים להתגבש לצורה גבישית (צורה שבה האטומים מסודרים בצורה מאד מסויימת. אני לא אכנס לזה כאן מעבר לכך), נמצאים במצב שהוא לא אמורפי לגמרי (מצב שבו אין גבישים כלל, כמו חלון זכוכית) וגם לא גבישי לגמרי (המצב ההפוך. בו כל החומר מסודר כגביש אחד. גביש קווארץ, אגב, הוא אותו החומר שממנו עשוי החלון, אבל… כגביש :) ) אלא מורכבים מהרבה גבישים קטנים. גם מתכות, וספציפית המתכת עליה מדובר באתר הנ“ל, ה-Nitinol (סגסוגת של ניקל וטיטניום), יכולים להתקיים בצורה כזו.

במקרה הספציפי של המתכת הנ“ל, בטמפרטורות שונות, הגבישים של החומר נראים שונה: מעל לטמפרטורה מסויימת הגבישים הם בעלי מבנה קובייתי (דומה לקוביה), ומתחת לאותה הטמפרטורה, הם חדים יותר - כמו מחטים. מתברר שהצורה השניה, בטמפרטורה הנמוכה יותר, מאפשרת לחומר גמישות יחסית רבה. במצב הזה, אפשר לשנות את צורת החומר בקלות.

אם החומר, מקורר מתחת לטמפרטורה הזו (לפני כן, החומר די קשיח), הגבישים שלו יהפכו את צורתם למחטית יותר, ואז החומר יהפך לגמיש יותר, ונוכל לשנות את צורתו.

אבל מה יקרה כאשר הטמפרטורה תעלה בחזרה?
הגבישים ינסו לחזור לצורה המקורית, הקובייתית. אם שינינו את צורת החומר, אז הזזנו את הגבישים… ואם הם ינסו להפוך לקוביות, לא יהיה להם מקום…
הם בכל זאת מנסים, ובכח די גדול, ולמעשה דוחפים את הגבישים שמסביבם, עד שיש מקום לכולם. המצב הזה שיש מקום לכולם (ואין אפילו טיפת מקום מיותרת) היא בדיוק המצב שהיה לפני שקיררנו את החומר. זוהי הצורה המקורית שלו.

אז הבנו איך אפשר לעשות את החומר לגמיש, ואיך אפשר לגרום לו לחזור לצורה המקורית… אבל איך בכלל הוא יגיע לצורה המקורית שלו?
והתשובה: חימום.
אם נחמם את החומר מעבר לטמפרטורה גבוהה עוד יותר אפילו ממה שנדרש לצורך החזרה לצורה המקורית, נגיע למצב שבו, כמו עם כל מתכת לוהטת, המתכת נהיית שוב רכה יותר, ואפשר לשנות את צורתה. אם נסתכל על הגבישים, למעשה מדובר על שינוי הכיוון של הגבישים הקובייתיים וגם הצורה (הם עדיין נשארים קובייתיים, אבל יכולים להשבר בקלות למשל, באותה מידה, בטמפרטורה מסויימת, מספר גבישים קטנים יותר יכולים להתאחד לגביש גדול יותר).

אז לסיכום, יש שלשה תחומי טמפרטורות שמעניינים אותנו:
(1) בטמפרטורה הכי גבוהה, אנחנו יכולים לשנות את צורת המתכת איך שאנחנו רוצים (גבישים קובייתיים שניתן לשנות בקלות).
(2) בטמפרטורה נמוכה יותר, הצורה הזו מתקבעת, וקשה לשנות אותה (גבישים קובייתיים)
(3) ואם נרד עוד יותר בטמפרטורה, החומר גמיש וניתן לכיפוף בקלות. (גבישים בצורת מחט)
אם נחזור ונעלה (רק קצת) את הטמפרטורה (עד לטמפרטורה שהיינו בה ב- (2) ), המתכת תחזור לאותו המצב והצורה שבו היתה ב-(2).

מקור המידע העיקרי: http://www.imagesco.com/articles/nitinol/01.html

הסיפור הזה נכתב ביום Wednesday, 09 בJune 2004, בשעה 20:55:00, והוא שייך לנושא מאמרים והסברים. את כל התגובות והטראקבאקים אפשר לקרוא ב-RSS 2.0‏. אפשר לשלוח לסיפור הזה טראקבאק מבלוג אחר.‏