نظرة عامة على النيتينول

سبيكة النيكل والتيتانيوم، والمعروفة أيضاً باسم النيتينول، هي سبيكة ثنائية تتكون من النيكل والتيتانيوم. العنصران متساويان تقريباً في النسبة الذرية (النيتينول 55 والنيتينول 60 شائعان).

المرحلة الأوستنيتي والمرحلة المارتنسيتية

بسبب التغيّرات في درجة الحرارة والضغط الميكانيكي، يحتوي النيتينول على مرحلتين مختلفتين من التركيب البلوري، وهما المرحلة الأوستنيتية والمرحلة المارتنسيتية.

في النيتينول، يُطلق على طور الأوستينيت اسم الطور الأم، وهو الطور البلوري الذي تظهره السبيكة في درجة حرارة عالية. عندما تنخفض درجة الحرارة، يتحول الأوستينيت تدريجيًا إلى المارتينسيت (الطور الفرعي).

في عملية تحول المارتينسيت والأوستينيت، هناك أربعة أنواع من درجات الحرارة:

* As: درجة الحرارة التي يبدأ عندها المارتينسيت في التحول إلى الأوستينيت أثناء عملية ارتفاع درجة الحرارة.

* Af: درجة الحرارة التي ينتهي عندها تحول المارتينسيت إلى الأوستينيت أثناء عملية ارتفاع درجة الحرارة.

* Ms: درجة الحرارة التي يبدأ عندها الأوستينيت في التحول إلى مارتنسيت أثناء عملية انخفاض درجة الحرارة.

* Mf: درجة الحرارة التي ينتهي عندها تحول الأوستينيت إلى مارتنسيت أثناء عملية انخفاض درجة الحرارة.

يتسم التحوّل الطوري للنتينول بتباطؤ حراري، لذا فإن درجة حرارة As لا تساوي Mf، وللسبب نفسه، لا تساوي درجة حرارة Af درجة حرارة Ms.

خاصيتان للنتينول

1. ذاكرة الشكل

تحدث ذاكرة الشكل عندما يتم تبريد الطور الأم لشكل معين من درجة حرارة أعلى من درجة حرارة Af إلى أقل من درجة حرارة Mf ويشكل المارتينسيت بالكامل، مما يؤدي إلى تشويه المارتينسيت تحت درجة حرارة Mf. بعد تسخينها إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة Mf، مع تحول الطور العكسي، تستعيد المادة شكلها تلقائيًا في الطور الأم. في الواقع، تأثير ذاكرة الشكل هو عملية انتقال طوري مستحث حرارياً للنتينول. وهو يشير إلى قدرة النيتينول على التشوه عند درجة حرارة معينة ثم استعادة الشكل الأصلي غير المشوه عندما تكون درجة الحرارة أعلى من "درجة حرارة الانتقال".

2. المرونة الفائقة

يشير ما يسمى بالمرونة الفائقة إلى الظاهرة التي تنتج فيها العينة إجهادًا أكبر بكثير من الإجهاد الحدّي المرن تحت تأثير القوى الخارجية ويمكن أن يستعيد الإجهاد تلقائيًا أثناء التفريغ. في الطور الأم، وبسبب تأثير الإجهاد الخارجي، يؤدي الإجهاد إلى انتقال الطور المارتنسيتي بحيث تُظهر السبيكة سلوكيات ميكانيكية مختلفة عن تلك الخاصة بالمواد العادية. ويكون حدها المرن أكبر بكثير من المواد العادية. ولم تعد تتبع قانون هوك. وبالمقارنة مع تأثير ذاكرة الشكل، لا تنطوي المرونة الفائقة على الحرارة.

تطبيقات النيتينول

1. إطارات النظارات

على الرغم من أن العديد من تطبيقات النيتينول غير مرئية لعامة الناس، إلا أن بعضها مألوف جداً. يمكن ثني إطارات النظارات المصنوعة من النيتينول بشدة عن شكلها، ولكنها تعود بعد ذلك إلى شكلها الطبيعي تماماً. أيضًا، منذ بضع سنوات، عندما كانت الهواتف المحمولة تحتوي على هوائيات قابلة للسحب، صُنعت العديد من الهوائيات من النيتينول، مما يسمح لها بالانثناء دون أن تنكسر أو تنثني بشكل دائم.

2. تقويم الأسنان

من التطبيقات الأخرى فائقة المرونة التي قد تكون أنت أو أطفالك قد اختبرتم فيها النيتينول، هي الأسلاك المقوسة المستخدمة في تقويم الأسنان. حيث يقوم أخصائي تقويم الأسنان بأخذ سلك النيتينول وثنيه وربطه بالأسنان. ولأن السلك فائق المرونة، فإنه يحاول العودة إلى حالته المستقيمة ويمارس قوة على الأسنان باستمرار. وهذا يسمح بزيارات أقل تكرارًا لأخصائي تقويم الأسنان لشد تقويم الأسنان.

3. الأجهزة الطبية

تفي الأدوات والمكونات الجراحية المصنوعة من النيتينول بالعديد من الاحتياجات، خاصة في الجراحة طفيفة التوغل أو الجراحة بالمنظار. وقد تستفيد هذه الأدوات من المرونة الفائقة ومقاومة التعب التي يتمتع بها النيتينول. يمكن تقويم الأداة التي بها انحناء وإدخالها من خلال قنية، وهي أنبوب صلب. وعندما تخرج من القنية، تعود الأداة إلى شكلها الأصلي. يقوم الجراح بإجراء العملية، ثم يتم سحب الأداة مرة أخرى إلى داخل القنية حيث تستقيم مرة أخرى لسهولة إزالتها.

إن الجودة الفائقة المرونة للنيتينول، إلى جانب توافقه الحيوي، تجعله مثاليًا لصنع العديد من أنواع الأجهزة الطبية التي يتم زرعها في الجسم. ومن التطبيقات المألوفة للكثير منا الدعامة، وهي جهاز يدعم الأوعية الدموية ويبقيها مفتوحة. تسمح المرونة الفائقة للنيتينول بضغط الجهاز الطبي، مثل الدعامة أو صمام القلب، في شكل يتناسب مع القسطرة. يتم وضع القسطرة في الموقع الصحيح في الجسم، ويتم تحرير الجهاز، ويعود إلى شكله الأصلي.

وهذه المرونة الفائقة نفسها تجعل النيتينول المادة الوحيدة المناسبة للدعامات المستخدمة في الشريان السباتي في الرقبة أو الأوعية الدموية في الساقين. في هذه المواقع الضعيفة، ستؤدي الضربة على منطقة الدعامة إلى انحرافها، لكن دعامة النيتينول ستعود إلى شكلها الأصلي. قد تتعرض الدعامات المصنوعة من مواد أخرى للسحق أو الانحناء الدائم بسبب مثل هذا الارتطام.

4. تطبيقات أخرى

هناك عدد من التطبيقات الأقل شهرة تستخدم قدرة ذاكرة النيتينول على حفظ الشكل. فقد استخدمت إحدى الشركات المصنعة للكمبيوتر المعروفة جهاز نيتينول لإخراج بطاقات PCMCIA (الرابطة الدولية لبطاقات ذاكرة الكمبيوتر الشخصية). كما يستخدم النيتينول في الوصلات التي تربط أطراف الأنابيب الهيدروليكية في الطائرات. وفي تطبيق أقل خطورة، يمكّن النيتينول الملاعق من متجر السحر من الانحناء عند وضعها في الماء الساخن.