موضوع مقاله: شبه‌الاستیسیته | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # شبه‌الاستیسیته | مقدمه: در علم مواد ، شبه الاستیسیته ، که گاهی سوپرالاستیسیته نامیده می‌شود، یک پاسخ الاستیک (برگشت پذیر) به یک تنش اعمال شده‌است. | ## بخش 1: شبه‌الاستیسیته | در اثر تبدیل فاز بین فاز آستنیتی که یک دگرشکل فلزی و غیرمغناطیسی از آهن و یا یکی از آلیاژهای آن است و نیز مارتنزیتی که با یک تبدیل بدون پراکندگی و برشی آستنیت در فولادها شکل می‌گیرد؛ یک کریستال ایجاد می‌شود. حتی اگر مرزهای دامنه پین شوند، ممکن است از طریق گرما و حرارت معکوس شده، که نشان می‌دهد یک ماده شبه الاستیک پس از حذف کرنش‌های اعمال شده به نسبت زیاد نیز، ممکن است به شکل اولیه خود (حافظه شکلی) بازگردد. این شامل تبدیل فاز آستنیت/مارتنزیت بین یک شبکه کریستالی صورت محور (FCC) و یک ساختار کریستالی چهارضلعی بدن محور (BCT) است. آستنیت و مارتنزیت آستنیت (به انگلیسی: Austenite) یک دگرشکلی فلزی و غیر-مغناطیسی از آهن یا یک محلول جامد از آهن و یک ماده آلیاژی دیگر است. تبدیل فاز آن زمانی اتفاق می‌افتد که با حرارت دادن آهن یا آلیاژهای آن با رسیدن به دمای مورد نظر ساختار کریستالی‌اش تغییر کند. مارتنزیت (به انگلیسی: Martensite) فازی است که با یک تبدیل بدون پراکندگی، و برشی آستنیت در فولادها شکل می‌گیرد و ساختار اصلی فولادهای سخت شده‌است. زمانی که آستنیت به دمای شروع مارتنزیت می‌رسد، آستنیت مادر به‌طور مکانیکی ناپایدار می‌شود. یکی از تفاوت‌های فازهای آستنیت و مارتنزیت این است که مارتنزیت دارای ساختار بلوری مکعب مستطیلی مرکز بدنی (BCT) است، در حالی که آستنیت دارای ساختار مکعب مربعی مرکز وجهی (FCC) است. انتقال بین این دو ساختار نیاز به انرژی فعال‌سازی حرارتی بسیار کمی دارد، زیرا این یک تبدیل بدون پراکندگی است که منجر به بازسازی ظریف اما سریع موقعیت اتمی می‌شود. آلیاژ حافظه‌دار آلیاژهای شبه‌الاستیک متعلق به خانواده بزرگتری از آلیاژهای حافظه دار هستند. هنگامی که این آلیاژ به صورت مکانیکی بارگذاری می‌شود، با ایجاد یک فاز ناشی از تنش به طور برگشت‌پذیر به کرنش‌های بسیار بالا (تا 10٪) تغییر شکل می‌دهد. زمانی که بار برداشته می شود، فاز جدید ناپایدار شده و ماده شکل اولیه خود را به دست می‌آورد. | ## بخش 2: شبه‌الاستیسیته | برخلاف آلیاژهای حافظه دار، در این نوع آلیاژ هیچ تغییر دمایی برای بازیابی شکل اولیه نیاز نیست. در واقع تغییر شکل یا دگرشکلی (به انگلیسی: Deformation) در علم مواد، به تغییر شکل یا اندازه یک جسم با توجه به نیروی اعمال شده (انرژی تغییر شکل در این مورد از طریق کار منتقل می‌شود) یا تغییر در درجه حرارت (انتقال انرژی از طریق گرما) گفته می‌شود. دستگاه‌های فوق الاستیک دارای ویژگی‌های خاصی همچون تغییرشکل‌های بزرگ و برگشت‌پذیر هستند و شامل آنتنها ، فریم های عینک و استنتهای زیست‌پزشکی می‌شوند. از ویژگی‌های خاص این آلیاژ می‌توان به اثر حافظه شکل (SME) و سوپر الاستیک بودن آن اشاره‌کرد. حافظه دار بودن، توانایی نیتینول برای تغییر شکل در یک درجه سانتیگراد است و سپس شکل اولیه خود را پس از گرم کردن تا بالای دمای تحول، بازیابی می‌کند. در این حالت، حرارتی برای بازیابی حالت بی‌شکل لازم نیست، و مواد انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای دارند که حدوداً ۱۰ تا ۳۰ برابر فلز معمولی است. تنش، نیروهای داخلی‌ای را نشان می‌دهد که ذرات یک ماده پیوسته در مجاورت با یکدیگر وارد می‌کنند. تنش در واقع به‌عنوان نیرویی در محدوده‌ای کوچک در واحد سطح آن محدوده، برای همهٔ جهت‌گیری‌های آن تعریف شده است که از یک مقدار فیزیکی اساسی (نیرو) و یک مقدار هندسی خالص (مساحت) ناشی می‌شود. همچنین، تنش مقداری اساسی مانند سرعت، گشتاور، یا انرژی است که بدون در نظر گرفتن صریح ماهیت ماده یا دلایل فیزیکی به‌وجودآورندهٔ آن، اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل می‌شود. کُرنِش (به انگلیسی: strain)، در فیزیک، به تغییر شکل نسبی یک ماده در پاسخ به تنش اعمال‌شده اشاره دارد. این عنصر میزان تغییر طول، حجم، یا شکل یک جسم را نسبت به اندازهٔ اولیهی آن اندازه‌گیری می‌کند. این تغییر شکل می‌تواند کششی (افزایش طول)، فشاری (کاهش طول)، یا بُرِشی (تغییر شکل زاویه‌ای) باشد. | ## بخش 3: شبه‌الاستیسیته | با دانستن کرنش یک ماده در پاسخ به تنش‌های مختلف، می‌توان رفتار مکانیکی آن را پیش‌بینی کرد و از شکست یا تغییر شکل ناخواسته نیز جلوگیری نمود. فناوری نانو، گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر بوده و شامل مواد شیمیایی هستند که بدون تغییر ویژگی اصلی، از جمله افزایش قدرت واکنش شیمیایی یا توانایی هدایت در مقیاس بسیار کوچک تولید می‌شوند. از نظر کیفی سوپرالاستیسیته با تبدیل فاز، دارای قابلیت تغییرشکل به‌صورت برگشت‌پذیر بوده که در این زمینه با تغییرشکل پلاستیک که توسط جابجایی غیرقابل برگشت است، رقابت می‌کند. در مقیاس نانو، چگالی نابجایی و مکان‌های احتمالی منبع فرانک-رید به شدت کاهش می‌یابد؛ بنابراین تنش تسلیم با کاهش اندازه منبع فرانک-رید، افزایش می‌یابد. موادی که رفتار فوق الاستیسیته را در مقیاس نانو نشان می‌دهند، در چرخه طولانی‌مدت تکامل مضر کمتری دارند. از سوی دیگر، تنش بحرانی برای رخ دادن تبدیل فاز مارتنزیتی، به دلیل کاهش مکان‌های ممکن برای شروع هسته‌زایی، افزایش می‌یابد. هسته‌زایی یا جوانه‌زنی به تشکیل هستهٔ بلوری جدید در محلول فوق اشباع‌شده در طی فرایند تبلور می‌گویند. اما برای مواد در مقیاس نانو، چگالی نابجایی تا حد زیادی کاهش‌یافته و سطح نیز معمولاً از نظر اتمی صاف است. بنابراین، تبدیل فاز مواد در مقیاس نانو دارای فوق الاستیسیته معمولاً همگن بوده که منجر به تنش بحرانی بسیار بالاتر می‌شوند. به طور خاص، برای زیرکونیا که دارای سه فاز است، رقابت بین تبدیل فاز و تغییر شکل پلاستیک وابسته به جهت‌گیری است، که نشان دهنده وابسته بودن جهت گیری به انرژی فعال‌سازی نابجایی و هسته‌زایی است. | ## جمع‌بندی | بنابراین، برای مواد در مقیاس نانو که مناسب فوق الاستیسیته هستند، در مورد جهت گیری کریستالی بهینه و زبری سطح، برای بیشترین اثر فوق الاستیسیته نیز باید تحقیق کرد.