شیشهای که در برابر نور تغییر رنگ میدهد، همه اینها در یک چیز مشترک هستند؛ این که از مادههای هوشمند ساخته شدهاند
ماده هوشمند به ماده‌ای گفته میشود که در شرایط مختلف محیطی، تغییر فیزیکی پیدا میکند. به عبارت دیگر به محرک‌های محیطی (گرمایی، مغناطیسی و ..) واکنش نشان میدهد. یک نمونه ساده از ماده هوشمند، عینکهای فتوکرومیک است. شیشه این عینک‌ها در برابر اشعه ماورای بنفش خورشید، تغییر رنگ میدهد و دوباره میتواند به حالت اول برگردد. دسته مهم و معروفی از مادههای هوشمند، فلزهایی هستند که به «آلیاژهای حافظهدار» معروفاند. دلیل این نامگذاری این است که آلیاژ حافظهدار شکل اولیه خودش را به خاطر میآورد. یعنی اگر تغییری در شکلش ایجاد کنیم، به کمک یک عامل خارجی مثل گرما یا جریان الکتریسیته میتوان آن را به حالت اول برگرداند. بد نیست در اینجا با یکی از معروفترین و باهوشترین آلیاژهای هوشمند آشنا شویم.
گل هوشمند روی این لباس در اثر تغییر دما ، باز و بسته می شود
پروانه‌ای از جنس نیتینول
«نیتینول» اولین بار در سال 1962 میلادی به طور تصادفی در آزمایشگاه نیروی دریایی امریکا کشف شد. این آلیاژ از دو عنصر نیکل و تیتانیوم (نیکل حدود 55 و تیتانیوم حدود 45 درصد) تشکیل شده است و به دلیل ویژگیهای منحصر به فردی که دارد، در بسیاری از رشتهها مثل پزشکی، کامپیوتر، کشاورزی و هنر استفاده میشود. این فلز میتواند شکل اصلی خودش را به یاد آورد. یعنی اگر تکه کوچکی از یک سیم نیتینول را خم کنیم، بعد با یک وسیله گرمازا به آن حرارت بدهیم، آن وقت خواهیم دید که نیتینول دوباره به شکل اولیه خودش بر میگردد!
نیتینول میتواند تا دمای 500 درجه سانتیگراد، حافظه خودش را حفظ کند. در واقع ساختار اتمهای این ماده به گونه‌ای است که در دمای بالا و پایین آرایش متفاوتی پیدا میکند. بسیاری از مواد جامد ساختاری کریستالی یا منظم دارند، اما نیتینول دارای دو ساختار کریستالی است. در دماهای پایین اتمهای نیتینول در وضعیتی قرار میگیرند که به آن «مارتنسیت» گفته می شود و در دمای بالا این چیدمان عوض می شود و به آن «آستنیت» می گویند. زمانیکه نیتینول در معرض گرما قرار میگیرد، اتمهای آن انرژی دریافت شده را صرف تغییر ساختار از حالت مارتنسیت به آستنیت میکنند، که این جابه‌جایی اندک اتمی، تغییر زیادی در رفتار ماده ایجاد میکند، تا آنجا که در دماهای پایین، نیتینول نرم و در دمای بالا، سخت و ارتجاعی است.
ماده هوشمند حالت اولیه خود را به یاد می آورد
سیم نیتینول را می توان با دادن حرارت به شکل اول درآورد
این اثر هنری به کمک سیم‌هایی از جنس نیتینول حرکت می کند
یکی از مهم‌ترین کاربردهای این فلز در پزشکی است. درساخت سیمهای ارتودنسی و پیوند رگهای خونی و درمان ضایعات استخوانی، این ماده هوشمند به کمک بشر آمده است. از دیگر استفاده‌های آن میتوان به ساخت ربات و هواپیما و انواع وسیلههای خانه و حتی خلق اثرهای هنری زیبا اشاره کرد.
