Polymerní materiály odolné proti korozi s tvarovou pamětí, část 1

Slitiny s tvarovou pamětí, materiály schopné deformace a udržení deformace a navíc schopné návratu do výchozí polohy, jsou ceněny pro řadu aplikací od aktuátorů po flexibilní mikrozařízení.

Tvarová paměť a paměť spolu úzce souvisí a vztah mezi nimi může ovlivnit naše výsledky učení a kvalitu života.

Tvarová paměť se týká naší schopnosti rozpoznávat vlastnosti, jako je tvar, velikost, umístění a barva objektů prostřednictvím vizuální paměti. Je to velmi důležité v našem každodenním životě, protože ovlivňuje naši schopnost vnímat a zpracovávat věci. Pokud například dokážeme přesně identifikovat různé orientace, velikosti a tvary téhož objektu, můžeme lépe porozumět vlastnostem a charakteristikám objektu.

Paměť označuje schopnost našeho mozku ukládat a získávat informace, zkušenosti a znalosti. Kvalita paměti přímo ovlivní náš akademický výkon nebo kvalitu života. Člověk s dobrou pamětí si například dokáže lépe zapamatovat důležité věci a informace, a tak lépe hospodařit s časem a organizovat věci.

Přestože se jedná o dvě různé schopnosti, souvislost mezi nimi je nepopiratelná. Dobrá schopnost tvarové paměti nám může pomoci učit se a pamatovat si efektivněji, protože vizuální paměť je jedním z hlavních způsobů, jak lidé získávají nové informace a znalosti. Například při učení nových slovíček nebo odborných termínů si je můžeme efektivně zapamatovat prostřednictvím tvarové paměti.

Kromě toho může tvarová paměť také procvičovat naši paměť, protože zlepšení schopnosti tvarové paměti prostřednictvím tréninku nejen posílí spojení mezi oblastmi mozku, ale také podpoří růst a vývoj nervových buněk v mozku. Proto se tvarová paměť a paměť mohou navzájem vylepšovat, což nám nakonec pomáhá lépe plnit úkoly a dosahovat cílů.

Zkrátka tvarová paměť a paměť spolu úzce souvisejí a vzájemně se podporují a podporují. Proto je nutné vytvořit si dobré učební a životní návyky, neustále cvičit, aby se formovala paměť a paměť a získat z toho lepší učení a životní zkušenost. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál, který má mnoho jedinečných účinků, jedním z nich je zlepšení paměti. Účinnost Cistanche deserticola pochází z mnoha účinných látek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku různými cestami.

Klikněte na možnost Znát krátkodobou paměť, jak se zlepšit

Zachování vlastností, které je činí užitečnými, a jejich schopnosti deformace a reformy vyžaduje, aby slitiny s tvarovou pamětí byly chráněny proti korozi, ve které integrace polymerů s tvarovou pamětí může působit jako prostředek ochrany.

Tento přehled má tedy zdůraznit užitečnost samoopravných polymerů s tvarovou pamětí jako prostředku inhibice koroze.

Tento přehled proto pojednává o výhodách použití samoopravných polymerů s tvarovou pamětí pro ochranu tvarové paměti, několika typech samoopravných polymerů, které by mohly být použity, o způsobech zlepšení nebo přizpůsobení polymerů pro konkrétní použití a vyhlídkách při navrhování polymerů s tvarovou pamětí. pro použití při inhibici koroze.

1. Úvod
Kompozity nebo materiály, které obsahují dvě nebo více chemicky odlišných částí, které jsou makroskopicky kombinovány, aby vytvořily nový materiál s kompozičními vlastnostmi lepšími, než mají jejich základní materiály, jsou klíčovou složkou moderního každodenního života, od budov, kde lidé žijí, až po používaná vozidla.

Vylepšování a vytváření nových kompozitů je jako takové zásadní pro další pokrok směrem k pevnějším, lepším a ekologicky šetrnějším materiálům. Vývoj chytrých kompozitů nebo pokročilých kompozitů, které mají schopnost „snímat“ a reagovat na některé vnější vlivy, je tedy výslovný zájem řešit. neustále rostoucí seznam požadavků, které materiály, které používáme, musíme splnit [1].

Jedna zvláště zajímavá oblast vývoje kompozitů zahrnuje kompozity schopné vykazovat něco, čemu se říká efekt tvarové paměti, ve kterém je materiál schopen se posunout do a udržet si dočasnou polohu z trvalého základního tvaru v důsledku působení některých vnějších podnětů a poté se vrátit do základního tvaru. tvar podle svých schopností [2], což je vidět na obrázku 1.

Jak ukazuje výše uvedený graf, napětí vyvolané nějakým stimulem, kterým může být v závislosti na materiálu elektromagnetické záření, voda, pH, teplota nebo dokonce amagnetické pole, způsobuje fyzickou změnu materiálu do určité polohy a může ji také spustit. vrátit se zpět do původní polohy [2, 4]. Toto působení napětí na materiál má za následek deformaci materiálu do té míry, že materiál drží pozici pod konstantním napětím.

Pokud se napětí dále zvyšuje, může dosáhnout bodu, kdy dojde k reverzi a materiál s tvarovou pamětí se přesune do své původní trvalé formy [3]. Tato schopnost je činí žádoucími pro stroje a zařízení, jako jsou pohony, mikrozařízení a biomedicínská zařízení nebo v leteckém průmyslu pro lehké, rozmístitelné konstrukce [5] nebo pro jiná použití, ve kterých je kontrola tvaru a polohy, kontrola vibrací a akustiky nebo odolnost proti nárazu. může být žádoucí z kompozitu [6].

Klíčovým problémem při vývoji slitin s tvarovou pamětí jsou účinky koroze na materiály, protože může vést ke ztrátě vlastností a účinnosti materiálu.

2. Kompozity s tvarovou pamětí: slitiny

Slitiny s tvarovou pamětí jsou kombinací kovů navržených tak, aby vykazovaly efekty tvarové paměti prostřednictvím stresem indukované martenzitické transformace, kde se mateřská fcc fáze transformuje na HPC fázi [7].

Slitiny s tvarovou pamětí budou vykazovat efekty tvarové paměti prostřednictvím indukovaných fázových transformací, kdy přecházejí z vysokoteplotní austenitové fáze, ve které je slitina tvárnější k deformaci, ale ochlazení nebo působení napětí ji vrátí do fáze s nižší teplotou, známá jako martenzitická fáze [8]. Materiálové vlastnosti slitin s tvarovou pamětí se zaměřují zejména na schopnost slitiny zotavit se z deformací.

Při určování rychlosti regenerace slitiny s tvarovou pamětí, mikroskopicky řečeno, se uvažuje jako funkce velikosti zrna na rozměru slitiny; to znamená, že velikost zrna je důležitá pro slitinu s tvarovou pamětí; pokud se snižuje, dochází k deformačnímu zpevnění kvůli volnému prostoru dislokací, které se před interakcí s hranicemi zrn zmenšují a způsobují plastickou deformaci a inhibují transformaci martenzitu a obnovu deformace.

Typicky platí, že čím více nečistot je v systému, tím menší je velikost zrna, protože rozptýlené částice způsobují efekt zvlnění hranic zrn[9].

Obnovení tvaru slitin však lze snadněji otestovat a určit pomocí zkoušek ohybem, kdy je slitina ohnuta do určitého úhlu pod určitým maximálním napětím, a poté může být zotavení vyvoláno zahřátím na teplotu specifickou pro slitinu a následným vychladnutím. na pokojovou teplotu, což umožňuje vypočítat poměr tvarové paměti na základě úhlu návratu vzorku[7].

Nikl-titan, měď a železo tvoří základ některých běžnějších slitin s tvarovou pamětí [10, 11]; stručný přehled lze nalézt v tabulce 1. Výkonnost slitin s tvarovou pamětí lze navíc zvýšit přidáním terciárních nebo kvartérních prvků [9, 11].

Tyto slitiny s tvarovou pamětí jsou obvykle vyztuženy chromem, hliníkem, niklem, manganem, mědí, křemíkem, dusíkem nebo rheniem, ale přidání a množství těchto prvků ve slitině může riskovat ztrátu superelasticity slitiny, zejména za podmínek pokojové teploty [ 9].

Aby čelili negativním účinkům, které může mít přidání těchto přísad na efekt tvarové paměti, používají někteří výrobci určité techniky; stárnutí je technika používaná ke zlepšení poměru tvarové paměti slitiny s tvarovou pamětí, kde se kovová slitina zpracovává při vysoké teplotě po delší dobu; například slitinu s tvarovou pamětí na bázi železa testovali Yongren et al. mít základní poměr tvarové paměti 0,2, ale po 4 hodinách stárnutí se poměr obnovy tvaru vyšplhal na přibližně 0,6. Bohužel proces stárnutí snižuje schopnost slitiny tvořit pasivační vrstvu, takže stárnutá slitina vykazuje horší odolnost proti korozi ve srovnání se slitinou bez stárnutí; jiný vývoj by přinesl dobré výsledky, pokud jde o odolnost proti korozi a obnovu tvaru, ale tyto metody mají tendenci být vysoké náklady, obtížné z hlediska „trénování“ slitiny k dosažení požadovaných tvarů, což má za následek nízké napětí při obnově a vyžadují vysokou teplotu žíhání pro spuštění obnovy. [7].

Dalším účinkem přidání dalších prvků do slitiny s tvarovou pamětí je to, že teploty fázového přechodu mohou být zvýšeny nebo sníženy, což může také sloužit k dalšímu zlepšení nebo změně mechanických vlastností slitiny.

Například přidání mědi může umožnit slitinám nikl-titan zlepšit jejich stabilitu, pokud jde o pseudoelastické chování, což je dobré pro cyklické mechanické namáhání. Nepříznivý účinek tohoto přídavku však vede k tomu, že slitina se stává náchylnější ke korozi, protože oxidová vrstva formy na povrchu je méně stabilní a tvoří slabší pasivační vrstvu, která umožňuje korozní napadení slitiny [12], protože samotná měď neposkytuje další odolnost vůči korozi slitiny [13].

To přináší jádro problému v tom, že slitiny s tvarovou pamětí jsou náchylné ke korozi.

Korozní napadení slitiny s tvarovou pamětí se zaměřuje na hranice zrn, ve kterých se může vyskytovat na mezikrystalové úrovni s důlkovou tvorbou v blízkosti zrn slitiny s tvarovou pamětí; právě na hranici zrn dochází k vysrážení prvků ve slitině, jako je nikl.

Tato mezikrystalová koroze, která se vyskytuje na hranici zrn, vytváří zóny, které snižují odolnost proti korozi a vedou k další degradaci vlastností [9]. Je možné pomoci zmírnit korozi přidáním prvků zabraňujících korozi, jako je chrom, kobalt, titan nebo dokonce cín, ve velmi malých množstvích, aby se vytvořila kvartérní nebo terciární slitina s tvarovou pamětí jako prostředek ke zlepšení odolnosti proti korozi [14–16].

Přidání těchto prvků však může mít jiné, potenciálně nežádoucí účinky; například chrom zlepšuje odolnost slitiny s tvarovou pamětí proti korozi výměnou za to, že slitinu činí křehčí a snižuje transformační teploty[15], a jak ukazuje tabulka 2, je možné dosáhnout srovnatelné, ne-li větší odolnosti proti korozi bez přidání prvků inhibujících korozi.

Obecně platí, že čím nižší je proudová hustota nebo hodnota Icorr, tím lepší je ochrana proti korozi; výše uvedená tabulka uvádí několik hodnot Icorr, tři slitiny s tvarovou pamětí s prvky inhibujícími korozi a dva polymery.

Slitiny vykazují dobrou odolnost proti korozi, zatímco polymery mají lepší, ne-li lepší vlastnosti než slitiny s tvarovou pamětí při inhibici koroze. Proto by bylo vysoce doporučeno použití polymerního povlaku schopného zobrazit efekt tvarové paměti pro vytvoření kompozitu s tvarovou pamětí, aby se zachovaly mechanické vlastnosti slitiny s tvarovou pamětí.

3. Kompozity s tvarovou pamětí: Vlastnosti

Při určování vlastností nebo celkové účinnosti kompozitu s tvarovou pamětí je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů; například rychlost obnovy tvaru je schopnost kompozitu s tvarovou pamětí reagovat na vnější sílu, která má za následek deformaci tvaru kompozitu[21], nebo index plasticity kompozitu, poměr tvrdosti k modulu pružnosti, je užitečný pro stanovení odolnosti proti opotřebení při tření, a proto je užitečný spolu s funkčními vlastnostmi paměťové vrstvy k určení strukturálního stavu kompozitu s tvarovou pamětí za podmínek tření [22].

Při určování účinnosti kompozitního povlaku při zabránění korozi materiálu pod ním by však klíčovým faktorem ke zvážení byla hydrofobnost povrchu.

Hydrofobnost povrchu je spojena se sníženou korozní rychlostí kovu prostřednictvím omezení interakcí s korozivními prvky, jako je voda, as organickými povlaky; to znamená omezení procesu difúze vody do kovu pod ním [22, 23].

Hydrofobnost je závislá na chemických vlastnostech nátěru a mikrostruktuře povrchu nátěru, kde drsnost povrchu může zvýšit hydrofobnost nátěru [24] a lze ji měřit stanovením smáčivosti povrchu. Smáčivost je roztíratelnost vody po pevném povrchu, jejíž účinnost je určena kontaktním úhlem vody, určeným Youngovým modulem [23], který je vidět na obrázku 2.

Slitiny a polymery s tvarovou pamětí jsou široce používány a jednotlivá aplikace obou závisí na požadavcích situace, kdy se polymery používají oproti slitinám kvůli jejich nízké hustotě, protože jsou levné, protože je možné řídit, co je spouští, do značné míry obnovitelné napětí, kterému mohou podléhat, a široký rozsah, kterému je možné přizpůsobit jejich reakční teploty (prostřednictvím manipulace s teplotou skelného přechodu); ale jsou překonány slitinami s tvarovou pamětí o řády větší, když situace vyžaduje vyšší zotavovací napětí, kratší dobu zotavení a mnohem větší počet cyklů, které mohou podstoupit před selháním [1] a mají lepší tepelnou stabilitu a vyšší modul pružnosti [8].

Stojí za zmínku, že vliv okolností může znamenat, že to, co by bylo za normálních okolností negativní, ať už by to mělo být použito nebo ne, jako dlouhé doby zotavení polymerů s tvarovou pamětí, může místo toho poskytnout výhodu při jejich použití [1]. Existuje mnoho různých modelů k předpovědi. termomechanické vlastnosti materiálu s tvarovou pamětí.

Například polymery s tvarovou pamětí působí částečně pružinově a podle Pana et al., model pro stanovení termomechanického chování pro částicemi vyztužený polymer s tvarovou pamětí v 1D může být zobrazen jako a ξ je celkový objemový podíl martenzitu, ξS je napětí -indukovaný objemový podíl martenzitu, ξT je teplotně indukovaný objemový podíl martenzitu, σ je napětí, D je Youngův modul slitiny s tvarovou pamětí, který je závislý na ξ, ε je deformace, εl je maximální obnovitelné napětí, Θ je tepelné koeficient roztažnosti, T je aktuální teplota a T0 je referenční teplota [27]. Tyto modely se snaží simulovat výsledky podobné těm, které jsou znázorněny na obrázcích 3 a 4.

For more information:1950477648nn@gmail.com