Recerca i transferència tecnològica

Aliatges amb memòria de forma (GRMT)

El Grup de Recerca en Materials i Termodinàmica (GRMT) és un grup multidisciplinari en materials, especialitzat en la producció, l'anàlisi i el tractament tèrmic. La Unitat d’Anàlisi Tèrmica de la Universitat de Girona compta amb el seu suport d’assessoria científica. Alguns dels camps d’estudi són:
  • Tractaments tèrmics de nanopartícules obtingudes a partir de fase gas
  • Caracterització física de polímers
  • Materials superconductors
  • Caracterització i degradació de ceràmiques comercials
  • Desenvolupament de materials amorfs i nanomaterials magnètics tous a partir de la síntesi de precursors per solidificació ràpida i/o aliatge mecànic.
  • Materials magnètics amb memòria de forma.
Centrant-nos en els materials amb memòria de forma, es caracteritzen per les seves transformacions estructurals induïdes tèrmicament o per l’aplicació de pressions. En els materials que, a més, són ferromagnètics, l’aplicació de camps magnètics o elèctrics pot modificar-ne l’estructura. El canvi estructural típic és entre una fase austenita estable a alta temperatura i una fase martensita estable a baixa temperatura.

Aplicacions:

Entre les múltiples aplicacions dels materials amb memòria de forma hi ha les següents:
  1. Refrigeració magnètica: L’efecte magnetocalòric (MCE) es refereix al canvi adiabàtic de temperatura que sorgeix de l’aplicació d’un camp magnètic a un material magnètic. Aquest efecte es relaciona també amb un increment d’entropia quan el camp magnètic s’aplica en condicions isotèrmiques. Tot i que l’efecte magnetocalòric fou descobert fa dècades, ara ha tornat a suscitar interès, ja que hi ha materials que mostren un efecte magnetocalòric gegant a temperatures pròximes a la d’ambient. Això es deu al gran increment d’entropia del material, ja que experimenta simultàniament una transformació estructural i la transformació magnètica.
  2. Medicina: Els aliatges amb memòria de forma són molt utilitzats en el camp de la medicina per la seva propietat de pseudoelasticitat. El motiu pel qual han tingut tanta expansió en aquest àmbit és perquè existeix la necessitat de treballar a través de petits orificis, generar esforços continus i maximitzar el benestar del pacient. L’aliatge utilitzat per excel•lència en aquest àmbit és el nitinol (NiTi), el qual, a part de tenir la propietat de ser un material amb memòria de forma, és biocompatible.
  3. Robòtica: En robòtica, per exemple, s’aprofiten els aliatges amb memòria de forma per simular les fibres dels músculs humans; és a dir, els materials tindrien dues posicions, la del múscul relaxat (martensita) i la del múscul tensat (austenita). En aplicar calor (o un camp magnètic extern, en el seu defecte) es produiria la transformació martensítica, que provocaria la contracció del múscul.
  4. Actuadors i sensors: També es troben al mercat en forma d’actuadors, ja siguin excitats per temperatura o per camp magnètic. Com s’ha vist amb el cas de l’aixeta, moltes vegades s’utilitza la capacitat d’aquests aliatges per disposar d’un regulador més que d’un interruptor.

Recerca:

Dins els aliatges amb memòria de forma ferromagnètica estan inclosos els anomenats aliatges Heusler. El seu nom prové de l’enginyer i químic alemany Friedrich Heusler, que els va descobrir l’any 1903. En concret, va observar que el Cu2MnSn presentava memòria de forma i ferromagnetisme. Aquests materials es caracteritzen per tenir una estructura cristal•lina cúbica complexa, la L21. A l’EPS ens centrem en materials dels sistemes ternaris Ni-Mn-In i Ni-Mn-Sn.

Respecte als materials amb memòria de forma, de forma col•laborativa amb d’altres universitats, s’estudien els següents aspectes:
  1. Producció: en forma de massís, de cinta, de microfil o de pols.
  2. Anàlisi estructural: mitjançant difracció de raigs X, difracció de neutrons i microscòpia electrònica amb microanàlisi composicional.
  3. Anàlisi tèrmica: calorimetria diferencial, termogravimetria i dilatometria.
  4. Anàlisi termomagnètica: magnetometria de mostra vibrant i cicles d’histèresi.
L’estudi de la viabilitat de les diferents morfologies resulta crucial amb vista a futures aplicacions tecnològiques, ja que segons l’aplicació és necessari partir d’un material en forma de massís, cinta, fil o pols. Per exemple, els massissos permeten ser mecanitzats, la cinta o el fil poden ser utilitzats com a actuador sensible a impulsos externs, i amb la pols es poden adquirir formes geomètriques complexes a través de processos de sinterització, o fins i tot fabricant materials compostos amb polímers.

 
< TORNAR