형상기억합금의 기능 메커니즘

형상기억합금

형상기억합금(Shape Memory Alloys, SMAA)은 간단하게 기억형합금이라 불리며, 열을 가하면 낮은 온도에서 발생하는 변형을 완전히 제거하고 변형 전 원시 형상을 회복시키는 합금재료다.이 같은 형상기억효과 외에도 이 합금의 독특한 성질은 고온(오씨체 상태)에서 발생하는 '가짜탄성'(일명 '초탄성')으로, 일반 금속보다 몇 배나 많거나 몇 십 배나 큰 회복 응변(應變)을 할 수 있는 것으로 나타났다.형상기억합금의 이런 독특한 성질은 내부에서 일어나는 독특한 고체상변인 열탄성 마씨체 상변에서 비롯된다.

 

형상기억합금의 메커니즘

형상 기억합금(Shape Memory Alloys, 간단하게 SMAA라고 함)은 원래의 형태를 기억하는 스마트한 소재다.합금은 상변화보다 온도가 낮은 상태에서 제한된 소성변형을 받은 후 열을 가하는 방식으로 변형 전의 원시적인 형태를 회복할 수 있어. 이러한 특별한 현상을 기억효과(Shape Memory Effect간단히 SME)라고 해.하지만 합금은 온도 변화에 따라 한정된 소성변형(비선형 탄성변형)을 받을 수 있도록 응력을 준 뒤 직접 뱉은 응력을 이용해 변형 전의 원시적인 형태를 회복시키는 것을 '탄력성(Pseudo Elasticity간단히 PE)' 또는 '슈퍼 엘라스티(Super Elasticity)'라고 부른다.형상의 기억 합금이 가지는 이러한 두 가지 독특한 특성은 일반 금속이나 합금 소재에서는 발견할 수 없어.

 

역사

형상기억효과에 관한 최초의 보도는 창과 리드 등이 1952년 작성했다.이들은 Au-Cd 합금에서 상변화되는 가역성을 관찰했다.쿠잔 합금에서도 같은 현상이 발견됐지만 당시에는 별다른 주목을 받지 못했다.1962년 부엘러와 협력자는 등 원자비의 티니합금에서 거시적 형상변화의 기억효과를 관찰해 재료과학계와 산업계의 주목을 받았다.70년대 초만 해도 쿠즈엔, 쿠즈나, 쿠알니 등 합금에서 마씨체 변형과 관련된 형상기억효과가 발견됐다.수십 년 동안 형상기억합금에 관한 연구는 국제상변회의와 재료회의의 중요한 의제가 되었으며, 이를 위해 여러 차례의 심포지엄을 개최하여 마씨체상변화이론을 풍부하게 보완하였다.이론 연구가 끊임없이 심해지는 동시에 형상기억합금의 응용연구도 장족의 발전을 이루어 그 응용 범위는 기계, 전자, 화학, 항태, 에너지와 의료 등 많은 분야에 걸쳐 있다.

 

종류

형상기억합금의 기억효과에는 다음 세 가지로 나눌 수 있어:

 

편도기억효과(1-way):

형상기억합금은 낮은 온도에서 변형되어 가열되면 변형되기 전의 형상을 회복할 수 있으며, 이러한 가열과정에서만 존재하는 형상기억현상을 편도기억효과라고 해.

 

듀얼 모션(2-way):

어떤 합금은 가열할 때 고온의 형상을 회복하고, 냉각할 때 저온상의 형상을 회복하는 것을 복식 기억 효과라고 한다.

 

전체 기억 효과:

가열시 고온상 형상을 회복하고 냉각시에는 모양이 같으나 취향이 반대인 저온상 형상을 회복하여 풀코스 기억효과라고 해.

 

실용 사례

형상기억합금은 초기에는 치대나 비행기의 슬리브에만 접선해야 한다.2000년대부터 이 합금은 실크 브래지어에서 사용해야 해. 브라 속의 합금인 깁스를 체온에 연결하면 원래의 가슴의 체형으로 되돌릴 수 있어. 다른 하나는 비교적 자주 사용하는 곳은 금속 안경테다. 특히 재학 청소년들이 사용하도록 해 줘. 눈에서 부딪힌 후 따뜻한 물에 담그면 원상 영향을 회복할 수 있어.다음의 기억금은 각 행에 속하는 산업내 응용이다.

 

공업.

온도조절기와 경보기에 사용되는 제어소자, 기록펜의 구동장치, 회로커넥터, 각종 열감소자와 접속기둥 등이 그것이다

 

항공

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파이프라인

형상기억합금은 처음으로 소비재/상업상 응용에 사용하는데, 배관을 설계할 때의 형상기억결합이다. 예를 들면 석유관선, 수도관, 기타 같은 종류의 배관이다.파이프의 단자는 액체 질소로 냉각하지만 도리어 더욱 작은 형태까지 수축돼. 양끝을 접합한 후에는 다시 열을 가하여 다시 원상태를 회복시켜 양끝이 함께 밀착되어 떨어지지 않게 해.