Nitinol: วัสดุอัจฉริยะสำหรับการแพทย์และอุตสาหกรรมการบิน!

Nitinol เป็นโลหะผสมที่น่าทึ่งซึ่งมีสมบัติพิเศษที่ไม่เหมือนใคร อันเนื่องมาจากโครงสร้างคริสตัลที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายใต้ความร้อน การกำหนดคำว่า “shape memory alloy” หรือ SMA (โลหะผสมจำรูป) คือการอธิบาย Nitinol อย่างกระชับที่สุด

Nitinol ถูกสร้างขึ้นจากนิเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) ในสัดส่วนที่ใกล้เคียงกัน (ประมาณ 50:50) โดยมีองค์ประกอบอื่นๆ เช่นโคบอลต์, เหล็ก หรือทองแดงเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเฉพาะของโลหะผสม

สมบัติพิเศษและกลไกการทำงาน

Nitinol มีความสามารถในการ “จำรูปร่าง” ซึ่งหมายถึงมันสามารถกลับสู่รูปร่างเดิมได้แม้หลังจากถูกดัดงอหรือเสียรูปไป Nitinol ทำงานได้ตามหลักการของ “phase transformation” (การเปลี่ยนแปลงเฟส)

เมื่อ Nitinol อยู่ในอุณหภูมิต่ำ (โดยทั่วไปคืออุณหภูมิห้อง) มันจะอยู่ในเฟส martensitic ซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงและสามารถงอบิดได้ง่าย ในเฟสนี้ โครงสร้างของอะตอมจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ

เมื่อ Nitinol ถูก加熱 ไปยังอุณหภูมิที่สูงกว่า (อุณหภูมิ “austenitic”) โครงสร้างคริสตัลจะเปลี่ยนไปเป็นแบบที่เป็นระเบียบมากขึ้น ในเฟส austenitic นี้ Nitinol จะแข็งและยืดหยุ่นน้อยลง

การเปลี่ยนแปลงเฟสนี้เป็นแบบกลับได้ ซึ่งหมายความว่าเมื่อ Nitinol เย็นลงอีกครั้ง มันจะกลับไปอยู่ในเฟส martensitic และสามารถกลับสู่รูปร่างเดิมได้

Nitinol ในอุตสาหกรรมต่างๆ

ด้วยสมบัติพิเศษที่โดดเด่น Nitinol จึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลาย อาทิ:

• อุปกรณ์ทางการแพทย์: Nitinol เป็นวัสดุที่นิยมใช้ในการทำ stent (ยางรัดหลอดเลือด) เพื่อขยายหลอดเลือดที่ตีบแคบ, ไวร์สำหรับนำทางในศัลยกรรม, และเข็มฉีดยา
• อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ: Nitinol ใช้ในการผลิตแขนหุ่นยนต์, วาล์วควบคุมไหลของเชื้อเพลิง, และอุปกรณ์สำหรับตรวจสอบความสมบูรณ์ของยาน
• อุตสาหกรรมยานยนต์: Nitinol ถูกนำมาใช้ในระบบป้องกันการชน (collision avoidance system) และระบบปรับตั้งอุณหภูมิ

การผลิต Nitinol

การผลิต Nitinol เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งมักจะเริ่มต้นจากการหลอมโลหะ Ni และ Ti ด้วยกัน จากนั้นผสมส่วนผสมอื่นๆ เพื่อควบคุมคุณสมบัติของโลหะผสม

Nitinol ที่ได้จากการหลอมจะถูกนำไปผ่านขั้นตอนการขึ้นรูป (forming) เช่น การรีด, การกด, หรือการปั้ม เพื่อให้ได้รูปร่างที่ต้องการ

หลังจากนั้น Nitinol จะถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ (annealing) เพื่อกำจัดความเครียดภายใน และปรับปรุงความเสถียรของเฟส martensitic

ขั้นตอน	ลักษณะ
การหลอม	Ni และ Ti ถูกหลอมรวมกัน
การรีด	Nitinol จะถูกรีดให้เป็นแผ่นบาง
การกด	Nitinol จะถูกขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เพื่อสร้างชิ้นส่วน
การทำให้เย็นลง (Annealing)	Nitinol จะถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆ เพื่อกำจัดความเครียด

ข้อดีและข้อเสียของ Nitinol

Nitinol มีข้อดีหลายประการ:

• ความสามารถในการจำรูปร่าง: ซึ่งเป็นสมบัติที่ไม่พบในโลหะทั่วไป
• ความทนทาน: Nitinol มีอายุการใช้งานยาวนาน
• ชีว συμβาท: Nitinol ถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์เนื่องจากมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อของมนุษย์

อย่างไรก็ตาม Nitinol ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง:

• ราคาสูง: Nitinol เป็นโลหะผสมที่ค่อนข้างแพง
• ความยากในการขึ้นรูป: Nitinol ต้องการเทคนิคพิเศษในการขึ้นรูป

อนาคตของ Nitinol

ด้วยสมบัติพิเศษและการใช้งานที่หลากหลาย Nitinol มีศักยภาพสูงที่จะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ มากขึ้นในอนาคต นักวิจัยกำลังพัฒนา Nitinol ที่มีคุณสมบัติใหม่ๆ เช่น:

• Nitinol ที่สามารถตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะเปิดโอกาสให้มีการใช้งานใหม่ๆ ในด้านของการแพทย์
• Nitinol ที่มีความแข็งแรงสูงขึ้น เพื่อให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

Nitinol เป็นวัสดุอัจฉริยะที่มีศักยภาพมหาศาล และจะยังคงเป็นหัวข้อที่น่าสนใจในวงการวิศวกรรมและวัสดุศาสตร์ต่อไป