مـواد هوشـمند

لباسی که بلند و کوتاه میشود، عروسکی که در اثر گرما حرکت می‌کند،شیشه ای که در برابر نور تغییر رنگ می‌دهد و لباسهایی که آستین آنها با گرما و سرما کوتاه و بلند می شوند، همه اینها در یک چیز مشترک هستند؛ این که از ماده های 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.


آلیاژهای حافظه‌دار دسته‌ای از مواد هوشمند هستند که نسبت به تغییر ویژگی‌های محیط اطرافشان واکنش نشان می‌دهند. این مواد را حافظه‌دار می‌نامند زیرا می‌توان آنها را به هر شکلی در آورد و سپس با یک عامل خارجی (مانند گرم کردن یا جریان الکتریسیته) به حالت اولیه‌ برگرداند. به همین دلیل گفته می‌شود که این مواد شکل اولیه خود را به خاطر می‌آورند. از این خاصیت، می‌توان در زمینه‌های مختلفی همچون پزشکی، انرژی، الکترونیک، هنر و ... استفاده نمود.



یکی از شناخته شده‌ترین آلیاژهای حافظه‌دار، نیتینول است. این ماده که بیشتر به شکل سیم مورد استفاده قرار میگیرد اولین بار در سال 1962 میلادی به طور تصادفی در آزمایشگاه نیروی دریایی امریكا کشف شد. نیتینول از دو نوع اتم تشکیل شده: اتم‌های نیکل و اتم‌های تیتانیوم.


این اتم‌ها در الگوی منظمی (یک چیدمان مشخصی) که ساختار کریستالی نامیده می‌شود، کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. بسیاری از جامدات یک ساختار کریستالی مشخص دارند، اما نیتینول برخلاف سایرین دو ساختار کریستالی دارد که فازهای جامد نامیده می‌شوند. در دماهای پائین اتم‌های نیتینول به یک الگو کنار یکدیگر قرار می‌گیرند (که مارتنسیت نامیده می‌شود) و در دمای بالا به الگوی دیگری (که آستنیت نامیده می‌شود) درمی‌آیند. زمانیکه شما نیتینول را حرارت می‌دهید، در واقع به اتم‌های آن انرژی داده‌اید تا از ساختار مارتنسیت به آستنیت تغییر حالت دهند و زمانیکه آن‌را سرد می‌کنید، به ساختار قبلی برمی‌گردد. از نگاه اتمی، اتم‌ها تنها اندکی جابه‌جا شده‌اند، اما این جابه‌جای اندک تغییر زیادی در رفتار و عملکرد ماده ایجاد می‌کند. در دماهای پایین، نیتینول نرم است و به آسانی کشیده می‌شود و در دماهای بالا، این ماده سخت و ارتجاعی است.



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.