Những vật liệu mới thông minh-Phần 1

Đặc điểm chính của những vật liệu thông minh là chúng có khả năng biến đổi một dạng năng lượng này sang dạng khác. Điều này khiến cho có thể sử dụng chúng để thực hiện những chức năng phức tạp của các bộ cảm biến và các cơ cấu hoạt động – và đôi khi đồng thời thực hiện một số chức năng trong thiết bị, về bản chất, được cấu tạo từ một khối của một chất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những vật liệu mới thông minh-Phần 1Những vật liệu mới thông minh-Phần 1Giới thiệuVật liệu thông minh là những vật liệu mà có thể làmthay đổi các tính chất phù hợp với những thay đổi củamôi trường xung quanh. Đặc điểm chính của nhữngvật liệu thông minh là chúng có khả năng biến đổimột dạng năng lượng này sang dạng khác. Điều nàykhiến cho có thể sử dụng chúng để thực hiện nhữngchức năng phức tạp của các bộ cảm biến và các cơcấu hoạt động – và đôi khi đồng thời thực hiện mộtsố chức năng trong thiết bị, về bản chất, được cấu tạotừ một khối của một chất.Viện Công nghệ Khoan xin giới thiệu bài “Những vậtliệu mới thông minh” của các tác giả: RashmiBkhavcar, Nitin I. Vaidar- Rosharon – bang Texas,Mỹ; Parta Ganguli, Allan Hamffric, Agat Robisson,Huye Linh Ty, Huye Tan Uichx – Cambridge, Mỹ;Garet Kh. Mac – Keanly – Viện Công nghệMassachuset, Cambridge, Mỹ; Frideric Poshe –Clamor, Pháp. Bản dịch do Sông Lô thực hiện theoOilfield…..Trương Quang biên tập.Những vật liệu mới thông minhTrong suốt chiều dài lịch sử của mình, loài người tạora các công cụ từ các vật liệu mà họ kiếm được bằngtay. Tuy nhiên, theo mức độ tích luỹ hiểu biết về cáctính chất của vật liệu, mà loài người cũng học đượccách chế tạo ra chúng với những tính năng được đặtra. Ngày nay, những vật liệu có tên là thông minhđang được nghiên cứu chế tạo và sử dụng ngày càngrộng rãi.Một số vật liệu thông minh được biết đến rộng rãi.Các bật lửa áp điện và các bộ đánh lửa trong bếp gas,các lò nướng và các dụng cụ đốt gas khác tạo ra cáctia lửa điện hay điện tích chỉ bằng cách đập mạnh búacó cơ cấu chuyển động lò so vào tinh thể vật liệu ápđiện mà không cần sử dụng mạch điện. Tính chất nàycủa vật liệu áp điện “nhạy cảm” với áp lực và gâyphản ứng tạo ra điện thế được sử dụng trong rất nhiềucác cơ cấu thông minh. Những vật liệu thông minhkhác phản ứng với các kích thích khác nhau từ bênngoài, như nhiệt độ, trường điện từ và độ ẩm.Đặc điểm chung của tất cả các vật liệu thông minh đólà khả năng biến đổi dạng năng lượng này thành dạngkhác. Các vật liệu áp điện có thể biến đổi cơ năngthành điện năng và ngược lại. Các vật liệu thôngminh khác biến đổi các dạng năng lượng khác. Yếu tốcơ bản để ứng dụng thực tế các vật liệu thông minh làcó thể điều khiển được sự biến đổi năng lượng đó.Chính vì vậy mà các vật liệu phản ứng với nhữngthay đổi của môi trường xung quanh có thể kiểm soátđược, gọi là những vật liệu thông minh.(1)Có 2 kiểu cơ cấu chính biến đổi năng lượng – đó làcác cảm biến và các cơ cấu thực hiện, có tính quyếtđịnh những lĩnh vực chủ yếu sử dụng các vật liệuthông minh. Các cảm biến biến đổi tác động thành tínhiệu, khi đó cơ cấu thực hiện lại biến đổi tín hiệuthành tác động. Các cảm biến bình thường và các cơcấu thực hiện bình thường theo nguyên lý được chếtạo từ một số vật liệu và có những nguyên tố chuyểnđộng. Một số vật liệu thông minh khác có thể thựchiện chức năng của một số vật liệu và các nguyên tốkhác đồng thời, bằng cách đó giảm bớt được số lượngcác hợp phần, bị hao mòn và hư hỏng.Trên quan điểm ứng dụng thực tế, những vật liệuđáng chú ý hơn cả là những vật liệu biến đổi cơ năngthành nhiệt năng, thành điện năng, thành năng lượngtừ, hoá năng và ngược lại. Cùng với những vật liệu ápđiện, biến đổi cơ năng thành điện năng, còn có nhữngvật liệu thông minh khác được sử dụng trong thực tếnhư các hợp kim nhớ dạng, gây tác động cơ học lênvật thể chịu nhiệt, lên các vật liệu mang từ tính và cácvật liệu từ chính xác, mà các tính chất của chúngđược kiểm soát bằng cách tạo ra từ trường, và các vậtliệu đó sẽ nở phình ra dưới tác động kích hoạt hoáhọc. Trong bài viết này sẽ trình bày về một số nhữngvật liệu đó, việc sử dụng chúng hiện nay và khả năngứng dụng chúng trong ngành công nghiệp dầu – khítrong tương lai.I. Những vật liệu được kích hoạt nhiệt: nhớ lại tấtcảMột số vật liệu có thể bị biến dạng, nhưng sau đó lạiphục hồi tất cả hình dạng ban đầu dưới tác động củanhiệt. Những vật liệu đó được gọi là những vật liệunhớ dạng. Các hợp kim mà các tính chất của chúngsau đó được phục hồi, có liên quan trực tiếp với hiệuứng nhớ dạng, đã được biết đến từ những năm1930.(2) Tuy nhiên, việc ứng dụng công nghệ của hiệntương này lần đầu tiên mới được công bố thậm chí 30năm sau đó.(3)Vào đầu năm 1958, W. J. Bueller, mộtkỹ sư luyện kim thuộc Phòng thí nghiệm Hậu cần Hảiquân Mỹ (Naval Ordnance Laboratory – NOL), bangMaryland, Mỹ, đã bắt đầu tiến hành những nghiêncứu các hợp kim khác nhau, mà có thể sử dụng trongchế tạo đầu mũi thuôn của tầu thuỷ cánh ngầm. Ôngđã xác định được rằng hợp kim niken-titan có độ bềnva đập cao nhất và có các tính chất hữu ích khác, nhưcác tính chất đàn hồi, tính rèn và độ bền mỏi. Buellerđã đặt tên cho hợp kim này là “Nitinol”, là ký hiệucủa hai nguyên tố Nikel (Ni) và Titan(Ti) ghép lại vớitên viết tắt của phòng thí nghiệm (NOL).Phát hiện đầu tiên về các tính chất không bình thườngcủa Nitinol của Bueller và ...