Termínem inteligentní materiály označujeme takové materiály, které disponují tvarovou pamětí. Může přitom jít o nejrůznější materiály od kovů přes keramiku, polymery až po organické látky. Angličtina používá pro tyto materiály označení Shape Memory Alloys (SMA), neboli slitiny s tvarovou pamětí. Podle definice jde o skupinu převážně kovových materiálů, které se, pokud je vystavíme určité teplotě, vrátí do původního tvaru. Představte si kupříkladu drátek z takového materiálu, který všelijak zohýbáte, třeba jej i smotáte do malé kuličky, ale jakmile jej zahřejete, sám od sebe se narovná do původního tvaru. Pokud byste nevěděli, o co jde, snadno byste to mohli považovat za kouzelnický trik.
Od kostic podprsenek až po vesmír
Chytré kovy využíváme v běžném životě. Příkladem jsou kupříkladu brýle s obroučkami z chytrého kovu, které můžeme v kapse klidně zmačkat a ony se přesto znovu vrátí do původního stavu. Dalším příkladem jsou kostice do podprsenek nebo spínače některých kávovarů.
Jednocestná tvarová paměť -materiál vykazuje tvarovou paměť pouze při ohřívání.
Dvoucestná tvarová paměť - materiál je schopen prodělávat změnu tvaru při ohřívání i při opětném ochlazování.
Další velkou oblastí využití těchto materiálů je kupříkladu robotika, kde se z těchto materiálu vyrábí nejrůznější mnohdy miniaturní zařízení schopná vykonávat pohyb. Spojky z chytrých kovů však nalezneme třeba i ve stíhačkách F15. Využívají se jako tlumící zařízení v křídlech letadel nebo základech budov v oblastech s častými zemětřesení. Najdete je i v trhacích tyčích v kamenolomech nebo jednoduchých čerpadlech pro pouštní oblasti, kde se využívá jejich schopnost přeměnit při přechodu mezi oběmi fázemi teplo na mechanickou práci. Toho se ostatně využívá i v kosmonautice při rozvíjení obrovských antén ve vesmíru, které se dopraví složené a podchlazené v raketě na do vesmíru, kde se vlivem slunečního záření samy rozvinou. Inteligentním materiálům patří budoucnost a my se s nimi budeme setkávat stále častěji.
Nitinol najdete v dětských rovnátkách
Nejznámějším a nejrozšířenějším chytrým kovem je nitinol, což je obchodní název slitiny niklu a titanu, která byla na počátku šedesátých let vyvíjena původně jako antikorozní materiál. Dnes se tento materiál používá převážně v lékařství. Vlastností nitinolu totiž není jen tvarová paměť, ale nitinol je navíc vysoce odolný proti korozi, má tlumící účinky, tělu ho nedělá potíže přijmout a navíc má schopnost po zdeformování tlakem nebo tahem vrátit se do původního tvaru. Z nitinolu se vyrábí kupříkladu rovnátka, která se sama natahují, ale i umělé zubní kořeny, cévní a průduškové výztuže nebo různé chirurgické nástroje.
Martenzit
Stav, ve kterém je slitina při nižší teplotách. Kov se jeví, jako relativně měkký a snadno deformovatelný.
Austenit
Fáze slitiny při vyšší teplotě. Kov je vázán v pevné kubické struktuře, která způsobuje jeho tvrdost, stabilitu a odolnost.
Při zlomeninách využijete pro změnu tzv. osteosyntetické skobičky. Do obou částí zlomené kosti se vyvrtají otvory, do nichž se vloží hroty skobičky, která byla za nízké teploty roztaženy. Po ohřátí se její hroty stáhnou a tím přitáhnou a zafixují k sobě části zlomené kosti.
Tvarová paměť už nevyžaduje jen teplo
Američtí a němečtí výzkumníci nedávno ohlásili objev chytrého polymeru nové generace, který k návratu do původního nepotřebuje teplo, ale je fotosenzitivní. To znamená, že nahrazuje teplo světlem. V případě tohoto materiálu se jedná o ultrafialové světlo se specifickou vlnovou délkou. Podle výzkumníků by mohl být využit kupříkladu v medicíně při miniinvazivních operacích.
Trochu historie a teorie na závěr
Poprvé byla schopnost schopnost popsána již v roce 1932 u slitiny zlata a kadmia. Později se objevila i celá řada dalších slitin, jako je například mosaz (slitina mědi a zinku), či již zmiňovaný nitinol (slitina niklu a titanu), které byly případně doplněny o další příměsi, jako je je měď, hliník, mangan a další kovy. Největší zájem o tyto kovy můžeme datovat do počátku 60. let, přesněji řečeno do roku 1963, kdy byly tyto vlastnosti pozorovány u již zmiňovaného nitinolu. Ve všech případech jde o slitiny, v jejichž struktuře jednotlivé kovy pravidelně střídají (tzv. intermetalika).
Pseudoelasticita
Jev, který se projevuje vlivem vnějšího napětí - tlaku, tahu. Po uvolnění tlaku na zdeformovaný předmět (viz obroučky brýlí) se předmět vrací do původního tvaru.
Jejich schopnost tvarové paměti spočívá v existenci dvou různých krystalických forem s rozdílnými fyzikálními vlastnostmi, kterými materiál v závislosti na teplotě prochází. Tyto stavy se nazývají martenzit a austenit, což jsou termíny přejaté z hutnictví železa.
Teploty, kdy dochází k přechodu mezi jednotlivými stavy, se mohou pohybovat v rozmezí od -100 po + 100 °C a závisí na použitých příměsích. Jestliže slitina prodělává změnu tvaru pouze při zahřívání, označujeme ji jako kov s jednocestnou tvarovou pamětí, kromě toho však existují i kovy, které mohou měnit tvar i při opětovném ochlazování a takové materiály se nazývají dvoucestné.
