科学者たちは、飛行条件に耐えられる柔軟性と強度を兼ね備えた材料の開発に苦労しているため、形状変化する航空機は依然として SF の概念です。
研究者たちは現在、ニチノールの超強力弾性材料を開発しました。この材料は鋼鉄と同等の強度を持ちますが、20倍の可鍛性があり、ゴムのように伸びることもできるため、変形可能な翼を作るために使用できます。
関連する研究結果は、Nature の最新号に掲載されました (DOI:10.1038/s41586-024-07900-4)。主な著者は、国立材料科学研究所 (NIMS)、西安交通大学、四川大学、Lonji Green Energy、および中国科学院物理研究所北京国立物性物理研究所の出身者です。
▲ DS-STG合金と代表的な金属合金や有機材料との比較
これまでの研究により、Ti-Ni 合金には、形状を変えずに他の金属合金よりもはるかに高い限界まで伸ばすことができるなど、いくつかの優れた特性があることが証明されています。合金の温度が上昇すると、合金は元の形状に戻ることができます。問題は、この特性が温度に非常に制限されていることです。
▲ DS-STG アロイは、ポリマーのような超高強度と、幅広い温度範囲で優れた耐高ひずみ疲労特性を発揮します
これに応えて、NIMSのRen Xiaoxun教授は、ニチノール合金がより広い温度範囲でこの特性を発揮できるようにする「3段階手順」を考案した。
まず、研究者らは合金を 50% 以上変形させ、引き伸ばしました。次に、300℃まで加熱し、それを再度繰り返しました。 3 回目では、合金をさらに 12% 長くすることができました。プロセスの終わりまでに、この材料は通常の大気圧の 18 倍の圧力に耐えることができ、鋼に匹敵する十分な強度を持ち、一般的に使用される合金よりも 20 倍柔軟性が高くなります。
▲ DS-STG 合金の 3 段階の熱加工ルートと各段階後のサンプルの微細構造を実現
研究者らはこれまでに、チタンニッケル合金にこの特性を−80℃から80℃の広い範囲で発揮させることに成功している。
この合金は金属というよりもガラスに近い挙動をするため、このような特性を示すとレン氏はNewScientistに語った。合金には、材料が壊れるのではなく変形するのをサポートできるように分子が配置されている領域がありますが、ガラスにはそのような領域がないため、脆くなっています。
この材料の開発方法は非常に簡単であるため、操作プロセスと結果を他の研究室で繰り返すことができ、この材料は大規模な工業生産にも適していることは注目に値します。今後さらに研究が進むと思われる。
