Shape Memory
14 Mar, 2013
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PDFNitinol
PRESENTATION: Nitinol is an alloy composed of nickel and titanium that has shape memory. At low temperatures, it is a material that can be deformed easily, while at higher temperatures it becomes hard and fragile. The transition between states due to temperature is sudden.
- Undergraduate investigation of nitinol, Jane A. Slezak and Ronald W. Veresko, Phys. Teach. 30, 42 (1992)
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Xa coñecía este fenómemo e sempre me pareceu algo sorprendente. Como un material é capaz de “recordar” a súa forma orixinal. Sen embargo, non comprendo o principio físico subyacente a este suceso. Que é o que fai que o material volva a ser como era nun principio por un cambio de temperatura?
A peculiar resposta das aliaxes con memoria de forma (SMA, Shape Memory Alloy) ante as variacións de temperatura ou nivel de tensión fíxoas merecedoras da súa denominación como materiais intelixentes. Para ilustrar a capacidade destes materiais de recuperar (ou “recordar”) a súa forma orixinal despois dunha deformación aparentemente plástica emprégase unha aliaxe níquel-titanio coñecida como nitinol que se quenta, tras deformarse previamente, mediante un secador de pelo ou auga quente, evolucionando desde unha estrutura martensítica estable a baixa temperatura á correspondente á fase estable a alta temperatura.
Mira por exemplo:
Richard Lin. Shape Memory Alloys and Their Applications
Respondendo a algúns comentarios, atopei un vídeo en Youtube que explica o fenómeno. Ademáis, mostra un interesante fenómeno no cal debido a os cambios de temperatura do nitinol se pode facer funcionar un pequeno motor.
Respondiendo a la pregunta de Alexandre, dejo una página web que explica de manera clara y breve a que se debe el cambio de forma del Nitinol según la temperatura, debido a la fase en la que se encuentre, o austenita (alta temperatura) o martensita (a alta temperatura).
He estado leyendo a cerca de este tema, porque lo desconocía por completo y además, al igual que Alexandre me parecía sorprendente. Me pregunté para que se podría utilizar esta propiedad de ciertos materiales y he encontrado que la aleación de niquel y titanio en proporciones equiatómicas es biocompatible por lo que se usa mucho en medicina.
Por ejemplo: en traumatología se fabrican grapas que se introducen deformadas (martensita) y, al adquirir la T del cuerpo humano recuperan su forma previa (austenita) que obliga a recolocar los huesos fracturados, manteniéndolos unidos durante su curación; antes de implantarse las grapas deben de mantenerse a bajas temperaturas.
Na ortodoncia tamén ten aplicación, efectivamente, aproveitando o cambio de temperatura entre o ambiente, máis frío, na que o nitinol está en forma martensítica; e temperatura bucal, máis elevada, na que pasa a austenítica recuperando a forma orixinal. Mediante a ortodoncia preténdese levar os dentes a unha posición desexada partindo de outra diferente. Se se conectan os dentes -mediante os brackets- a un arame con memoria de forma como é o nitinol superelástico, estes recibirán unha forza que tenderá a desprazalos cara a liña que trace o arame na súa forma orixinal.
He seguido buscando información sobre este tema, y he visto que hay materiales con memoria de forma de un camino, de dos caminos, con superelasticidad y anelasticidad….¿a qué hacen referencia estos cuatro últimos términos? o ¿cuál es la diferencia?
Porque he buscado para aclarar pero no he encontrado nada “comprensible”…
Los metales y aleaciones con memoria de formas se caracterizan por sufrir un cambio de estructura cristalina que no depende del tiempo, sólo de la temperatura o esfuerzos mecánicos (martensita a austenita al aumentar la temperatura) y que además es reversible. La martensita es mucho más fácil de moldear que la austenita, por eso, si aumentamos la temperatura por encima de un cierto valor transformamos la martensita (M) en austenita (A), si con esa estructura cristalina le damos forma y enfriamos el metal conserva esa forma si no lo deformamos, pero con estructura de M. Como la estructura M es mucho más dúctil es muy fácil “deshacer” la forma original, pero si aumentamos de nuevo la T el metal pasa a austenita recuperando la forma que le hemos dado cuando estaba a esa T. Ese sería el mecanismo de “un camino”. El de dos caminos es un poco más complicado, es necesario además de aumentar la temperatura aplicar tensión. La superelasticidad está relacionado con todo esto: cuando el metal está en forma de A y lo estiramos puede producirse la transformación a M, como esta estructura es más dúctil vamos a conseguir grandes deformaciones en esas condiciones. Si liberamos la carga volvemos a la estructura de A y a la forma original, sin deformación aparente, después de sufrir deformaciones elásticas muy superiores a las de los metales “normales”. Respecto a la anelasticidad, hace referencia a que la recuperación elástica depende del tiempo (en la mayor parte de los metales es instantánea).
En cualquier caso no es el comportamiento general de los metales, en la mayor parte de los casos la transformación austenita-martensita es irreversible, con lo que no hay efecto memoria. En los plásticos, sin embargo, es lo más habitual.
Gracias a su capacidad de memoria de forma, el nitiniol se utiliza en medicina como cilindros-mallas autoexpansibles (Stent) para tratar problemas de vasos sanguíneos .
Este fenómeno de memoria que posee el nitinol, que permite que una pieza que haya sido deformada recuerde y pueda volver mediante calentamiento a la forma predeterminada es algo sorprendente. El siguiente vídeo ilustra este mismo efecto con un “clip metálico”.
El nitinol tiene desde aplicaciones médicas (es un material biocompatible) hasta en ingeniería. La transformación que sufre es un cambio de fase en su estructura cristalina. Tiene dos formas, austenita y martensita. En su forma austenita el material es fuerte y se forma a altas temperaturas mientras que en el martensita el material es débil y se encuentra a bajas temperaturas. Además de un material con memoria de forma, el nitinol posee superelasticidad.
Las aplicaciones del nitinol derivan de sus dos propiedades fundamentales: la superelasticidad y la recuperación de la forma por calentamiento. Es, por lo tanto un material superelástico que se emplea en medicina, por ejemplo como cilindros-mallas autoexpansibles para mantener permeabilidad de vasos sanguíneos. Os dejo un vídeo en el que se explica más sobre el nitinol.
No sé si alguien ya lo habrá comentado en algún otro post, pero ¿alguien se acuerda de Uri Geller? Uri Geller es un ilusionista que se hizo famoso por sus supuestos poderes telepáticos por los que reproducía dibujos encerrado en una habitación aislada y sí, por doblar cucharas con la mente!!! (link). Sabiendo que el calor necesario para que el nitinol recupere su forma original es muy bajo, ¿podría estar usando cucharas de este material? Se puede encontrar más información sobre Uri Geller y el nitinol en este artículo.
Lo cierto es que hasta hace poco no tenía ni idea de que algo así pudiera existir, ya que, normalmente existe la tendencia a asociar el metal con algo rígido salvo que se leve en exceso su temperatura para poder trabajarlo. Es un concepto muy interesante, además de muy sencillo de entender y explicar visualmente. Al parecer las aleaciones con memoria de forma están cobrando importancia en industrias como la medicina, odontología y electrónica. Aunque la más empleada de estas es el nitinol (níquel-titanio), la primera en la que se apreció este efecto fue en una de cadmio-oro.
En este vídeo explican como darle forma al nitinol.
Mas aplicaciones. En aplicaciones como actuadores, se emplean en la actualidad en la fabricación de válvulas termostáticas para calefacción, que funcionan oponiendo dos muelles, uno de acero convencional, con una constante de elasticidad que se puede considerar constante con la temperatura y otro de AMF que a baja temperatura es fácilmente deformable y abrirá la válvula, mientras que cuando llegue a una cierta temperatura se transformará en austenita, recuperando la forma original y actuando en contra del muelle de acero, que cerrará la válvula.
Como ya se ha mencionado, el nitinol no fue la primera aleación con memoria de forma descubierta. Esta propiedad de algunas aleaciones ya se conocía desde 1932, pero no fue hasta la década de los 60 cuando William Beuhler descubrió este efecto en una aleación hecha de un 55% de níquel y un 45% de titanio. Los símbolos de estos elementos químicos junto con el nombre del laboratorio donde se descubrió, le dan nombre a la aleación: Ni (níquel), Ti (titanio), NOL (Naval Ordinance Laboratory). Su descubrimiento fue casual, ya que en realidad estaban buscando aleaciones resistentes a la corrosión. Aunque resultó un importante hallazgo dado su relativo bajo coste y su inocuidad, a diferencia de otras aleaciones con memoria de forma que mostraban cierta toxicidad. Gracias a estas características el nitinol se ha podido utilizar, por ejemplo, en medicina.
Este experimento resulta muy llamativo y original si tuviera que presentarse en una clase. Este tipo de materiales se podrían definir como aquellos capaces de “recordar” su forma y capaces de volver a esa forma después de haber sido deformados. Este efecto de memoria se puede producir por cambio térmico o magnético. Además, son capaces de repetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase. En el caso de este vídeo, se trata el Nitinol que es una aleación de níquel y titanio en proporciones casi equimolares y que tiene propiedades de memoria de forma excelentes. Esta aleación particular, tiene además muy buenas propiedades eléctricas y mecánicas, resistencia a la fatiga, y resistencia a la corrosión. Las propiedades de las aleaciones con memoria de forma son: transformación martensítica termoelástica, memoria de forma simple, memoria de forma doble, superelasticidad, pseudoelasticidad y capacidad de amortiguamiento. Este tipo de metales poseen diferentes aplicaciones: recubrimiento apretado, fuerza de acción, control proporcional, aplicaciones superelásticas o aplicaciones médicas. Todas estas se explican en el siguiente enlace. El Nitinol no es el único material con memoria de forma, existen otras muchas aleaciones que presentan estos mecanismos de memoria, tal y como se puede leer en el siguiente pdf.
Los materiales con memoria tienen la capacidad de “recordar” su forma y volver a ella después de haber sido deformados. Este efecto de memoria se puede producir por cambio térmico o magnético. Además, son capaces de repetir este proceso infinidad de veces sin deteriorase.
El experimento que se muestra es muy representativo y en el siguiente enlace se recoge otro en el que se utiliza un envase de yogur. Son experimentos fáciles y poco costosos, a través de los cuales los alumnos pueden familiarizarse con el concepto de memoria de forma, que ha cobrado gran interés comercial en los últimos años puesto que puede tener utilidad en campos como la medicina, la odontología y aplicaciones electrónicas.
Estos materiales son muy interesantes ya que son capaces de la forma que tenían después de haber sido deformados. Esto se puede producir por temperatura o magnetismo, y como dicen en el video, se puede repetir el proceso infinitas veces.
Esta actividad es muy llamativa y motivadora para el alumnado, y con la que se podría conseguir una mayor implicación y asimilación de conceptos. Ver la importancia de las aleaciones, sus propiedades y aplicaciones. Además, actualmente estos materiales con memoria de forma tienen gran aplicación principalmente en temas relacionados con la mecánica y electrónica.
No tenía ni idea de que existiera este material! Parece magia completamente!!
Estuve leyendo sobre esto y me parece interesante la forma en que se van sucediendo los avances científicos: de querer obtener un material resistente para un misil a encontrar un material que se puede aplicar a muchísimos campos como la medicina o la electrónica. Dejo aquí un artículo que habla sobre esto y que incluye un vídeo en el que se ve cómo un alambre de Nitinol recupera su forma original aplicando el calor de una vela.
Las aleaciones con memoria de forma son materiales metálicos que tienen la peculiaridad de ser deformados a baja temperatura y posteriormente, al ser calentados, regresar a la forma que tenían antes de sufrir la deformación. En 1960, un grupo de científicos descubrió esta propiedad en una aleación de níquel y titanio conocida como nitinol.
Este efecto memoria en las aleaciones se debe a un cambio de estructura cristalina en el metal, además estos materiales presentan también una gran elasticidad. Las aplicaciones de los mismos: alambres de ortodoncia, instrumentos de endodoncia, stent vascular, tuberías inteligentes…
Realmente increíble, parece magia mismamente! Tras buscar un poco más de información sobre este tipo de materiales, he encontrado que no solamente existen aleaciones como el nitinol que presentan memoria de forma, sino que entre otros materiales, como por ejemplo cerámicas “Shape Memory Ceramics”. En el siguiente artículo se puede encontrar más información. Referencia: Lai, A., Du, Z., Gan, C. L., & Schuh, C. A. (2013). Shape memory and superelastic ceramics at small scales. Science, 341(6153), 1505-1508.
El vídeo es muy breve pero sorprendente. Aquí añado algunos vídeos más sobre metales que memorizan su forma: 1; 2 y 3.
Me sorprendió mucho ver este experimento en directo y como el material recuperaba su forma original al contacto con el calor. Buscando en la web más información sobre este tema, me encontré con que estos materiales basados en aleaciones níquel-titanio son biocompatibles, y tienen una aplicación importante en medicina: grapas para lesiones óseas, arcos de ortodoncia, stents… entre otros. En el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón investigan sobre la aplicación de este tipo de materiales con memoria de forma en medicina.
En relación al experimento con un envase de yogurt mencionado por Lara en diciembre del 2018, he estado buscando información sobre el uso de polímeros con memoria de forma en la industria alimentaria y puedo aportar el siguiente artículo. Cabe mencionar que la mayor parte de los resultados obtenidos sobre la aplicación de estos polímeros tienen relación con el campo de la medicina, como ya se ha mencionado en otros comentarios. Entre mi búsqueda me he topado con este documento en el que se explica muy bien el funcionamiento de estos polímeros. Además, para aquellos que estén interesados en el campo de los polímeros inteligentes he encontrado un informe en el que se clasifican según los siguientes puntos de vista:
• Según el material polimérico,
• Atendiendo al estímulo que reciben y
• Atendiendo a la respuesta que proporcionan.
Me ha parecido un experimento muy interesante ya que, además de explicar el funcionamiento de los materiales con memoria de forma, es muy espectacular para enseñárselo a los alumnos. Como se ha dicho en comentarios anteriores, tiene muchas aplicaciones interesantes. Una de las que me ha parecido más interesante es una que está en desarrollo, para la construcción de estructuras resistentes a los terremotos. En la siguiente noticia, se explica en profundidad como los investigadores están desarrollando ecuaciones para evaluar lo que sucede cuando las aleaciones con memoria de forma son sometidas a diferentes cargas y movimientos fuertes.
Guau! Este tipo de experimentos para explicar el cambio de propiedades entre metales puros y aleaciones. No puedo creer que no estén los institutos llenos de este tipo de material para lograr que los alumnos tengan interés por la ciencia.
Vaya, realmente me ha sorprendido el resultado del experimento! Me parece un mini experimento breve, sencillo y fácil de reproducir en el aula, a la vez que es muy visual para explicar al alumnado el concepto de aleación y el efecto memoria de forma de algunos materiales.
En este artículo nos explican qué es el Nitinol y por qué tiene efecto de memoria. Los vídeos que ahí nos podemos encontrar muestran cómo trabajan con el material aplicando fuego sobre él, en lugar de agua. En el último video de este post, se muestra como fuerzan al Nitinol a que tenga una nueva forma inicial, sometiéndolo a altas temperaturas sin poderse mover para luego modificar su forma y demostrar que vuelve a esa nueva forma inicial que le han dado.
Este tipo de experimentos son súper interesantes por el mero hecho de ser antiintuitivos, ya que nos cuesta pensar en un material que va a cambiar de forma a otra previamente diseñada tan bruscamente. Aquí dejo un enlace donde viene recogido todo lo relacionado con los materiales con memoria de forma, desde cuál es su definición, hasta su clasificación según su composición; o sus aplicaciones.
Esta memoria de la forma puede aportar gran valor al diseño de productos. En este caso dejo una aplicación en la joyería, donde la pieza cobra vida.
Que sorprendente es este experimento, la “memoria” que tiene el nitinol y que también poseen otras aleaciones como bien se puede observar en este vídeo. Las aplicaciones del nitinol están extendidas en medicina como cánulas intravenosas, sistemas de unión y separadores, alambres dentales en ortodoncia,… En robótica también se utiliza como músculos artificiales, resortes, tiradores… Gran variedad de aplicaciones que sería muy interesante que los estudiantes conociesen con la realización de este experimento tan simple y visual.
Un material con memoria de forma es aquel que tiene la capacidad de recordar una forma previamente establecida, incluso después de sufrir serias deformaciones como los aumentos de temperatura. Los materiales con esta propiedad tienen distintas aplicaciones. Un ejemplo curioso son las grapas especiales que se utilizan en traumatología. Estas se introducen en el cuerpo en su fase deformada (martensita) y, cuando alcanzan la temperatura del cuerpo humano, recuperan su forma previa (austenita). Estas permiten la recolocación de los huesos fracturados, pues los mantienen unidos durante su curación. Antes de ser implantadas, este tipo de grapas debe a bajas temperaturas.
La verdad es increíble observar este fenómeno. Muy buena opción para utilizar en clase y llamar la atención de los alumnos, sin duda. También es importante transmitirles la numerosas utilidades que puede tener en nuestra vida, como se ha comentado ya, para fomentar su interés por la ciencia. Este artículo muestra alguna de estas aplicaciones, muy interesante.
Muchos sectores industriales utilizan el calentamiento de materiales para darles forma y también resistencia. Por ejemplo, en la automoción se está utilizando el hot stamping que es calentar el acero a la fase martensita (dónde se le da la forma) y después se hace un enfriamiento rápido a la fase austenita. Esto le confiere una gran resistencia al acero. Esto se hace para las partes de seguridad del coche. Creo que es importante conectar a los alumnos con los procesos industriales.
Una aplicación de este fenómeno, que espero que no la necesitéis usar, es la reparación de pequeños golpes en la carrocería del coche, tal y como indica en este artículo de prensa. El proceso consiste en aplicar calor a la zona dañada de la carrocería, para que se vuelve más maleable y tienda a su situación original, aunque lo normal es que no sea suficiente, y haya que empujar a la chapa. Este truco solo vale para abolladuras leves de la carrocería, pero podremos eliminarlas sin la necesidad de llevarlo a un taller mecánico para su reparación.
Las aleaciones con memoria de forma tienen gran aplicación en la industria por su capacidad de cambiar de forma en función de las condiciones a las que se someten, por lo que son empleadas en la fabricación de tuberías, aplicaciones médicas, electrónicas, aeroespaciales o mecánicas. Además, son un buen recurso para mostrar a los alumnos que las propiedades de los materiales varían función de los estados de fase en los que se encuentran, así como la importancia que los procesos de producción de materiales tienen a la hora de controlar correctamente las fases, las cuales determinarán las propiedades finales del material.
Me ha llamado la atención mucho el video, consultando algo de info he visto que no sólo poseen esta característica aleaciones como el Nitinol, si no también cerámicas o polímeros. Consultando un poco las aplicaciones del Nitinol he encontrado varias aplicaciones médicas. La característica más importante para las aplicaciones médicas es que el Nitinol presenta compatibilidad y no genera rechazo en el cuerpo humano. Por ejemplo, se han usado alambres de Nitinol para construir microbombas que pueden reemplazar funciones del corazón o de los riñones, también para descongestionar arterias obstruidas (stents) y además son muy utilizados en la ortodoncia.
Parece ser que el famoso ilusionista Uri Geller utilizaba aleaciones con memoria de forma en sus trucos. Luego repartía cucharas normales entre el público y cucharas trucadas, y, naturalmente, las cucharas trucadas se doblaban, y esta persona creía que tenía superpoderes. Este truco marcó a una generación, recuerdo que cuando era pequeño, en los cómics de Zipi y Zape se hacía alguna referencia en alguna historieta.
Outras veces, non interesa que os materiais, non recuperen a súa forma…Je, je. Como os casos das fundas termoretráctiles que se empregan para facer conexións en electricidade…
Cabe destacar que todos los metales tienen la capacidad de retornar a su forma original si la fuerza que se aplicó para deformarlos fue la adecuada. Sin embargo, si dicha fuerza supera su límite elástico el metal sufre una deformación plástica irreversible. En cambio, los metales con memoria de forma tienen la capacidad de recuperar siempre su forma original a través del calentamiento. La explicación está en su estructura atómica. Cuando un metal se enfría sus átomos cambian de posición buscando una mayor estabilidad. Normalmente, un cambio de estructura implica difusión lo que dificulta el efecto memoria. Por el contrario, si en el cambio de fase no tiene lugar la difusión, cuando el metal se calienta, sus átomos recorren el mismo camino pero en sentido inverso, volviendo a sus posiciones iniciales, y recuperando, por lo tanto, su forma original.
Este fenómeno también les ocurre a algunos polímeros. Por ejemplo, los envases de yogur o los vasos de plástico si los calentamos recuperarán su forma original. En este este enlace se muestras algunos experimentos que se pueden hacer en casa, y además da una explicación de por qué ocurre esto.
Me he puesto a buscar información a cerca del Nitinol, a raíz de lo leído aquí, y acabo de enterarme que un arco que llevo en la boca, a modo de sujeción de los dientes inferiores, después de una ortodoncia, es de este material. Esto se coloca en los dientes porque estos últimos, al igual que el Nitinol, se dice que tienen “memoria” y son capaces de volver a su posición original.
Sen dúbida algunha o nitinol parece un material máxico, xa que custa crer a súa capacidade de “memorizar ” a súa forma orixinal e de retornar a ela ante aumentos de temperatura. De feito, púxenme a buscar usos do nitinol e aparece como se utilizan en varios trucos de maxia. Por exemplo no uso de abrebotellas fabricados con este material, os cales se atopan deformados cando son sometidos a temperaturas baixas pero que recuperan a súa forma co calor corporal. Deixo un vídeo que me pareceu moi ilustrativo deste fenómeno no que se deforman unha gafas cando son sometidas a temperaturas moi frías, pero pasado un tempo son capaces de retornan a súa forma inicial.
La memoria de forma en las aleaciones se puede asimilar al cambio molecular que se produce en una transición sólido-líquido, con la diferencia de que en este caso los átomos que componen la molécula mantienen su estructura atómica, es decir, su posición respecto a su átomo “vecino”, sufriendo simplemente una deformación que serán capaces de corregir en las condiciones adecuadas. Para poder visualizarlo de una forma sencilla, sería como si una estructura cuadrada, se deformase ligeramente en sus vértices para formar un rombo.
Las aplicaciones de estos materiales son múltiples, desde la industria aeronáutica a la medicina, por ejemplo en la fabricación de stents que se introducen en las arterias de los pacientes. Toda esta información se encuentra resumida en el siguiente vídeo.
Pola rede circulan algúns videos que intentan enganar a xente facéndolle creer que o metal se move debido a outros elementos, como forzas electromagéticas. Por sorte hai xente que se encarga de desmentir iso e explicar o motivo real, como neste vídeo.
Es una experiencia muy visual, que además de sorprender mucho a los que nunca la hayan visto, permite explicar los principios físicos implicados en el fenómeno de forma práctica. Se aprende de una forma interesante y directa, no puede olvidarse fácilmente.
No conocía este fenómeno y, al igual que se ha comentado anteriormente, me parece un material con muchas posibilidades para hacer experimentos muy visuales para niños y no tan niños. Buscando información y algún que otro ejemplo he encontrado este vídeo bastante reciente y que me ha parecido muy interesante, claro y además también explica el efecto Curie.
Aquí se puede ver una explicación de una manera muy visual, sobre las propiedades del Nitinol, usando para ello lo que en un principio parece un clip normal y corriente, que se deforma de diferentes maneras.
Un muelle hecho de este material puede dar lugar a una actividad muy útil, donde se trabajaría la Ley de Hooke, el calor, el trabajo y la energía, además con posibles adaptaciones de las simulaciones numéricas más o menos complejas en función del nivel educativo objetivo.
Guauuuu!!! Buscando información acerca de este compuesto me he encontrado con conocimientos que obtuve en una asignatura del Máster que cursé anteriormente, y es que el Nitinol (acrónimo de Níquel, Titanio y Naval Ordenance Laboratory, el lugar donde fue desarrollado) es una aleación de bajo costo, resistente a la corrosión y no tiene efectos tóxicos. Se trata de una aleación entre Níquel y Titanio (55% y 45% respectivamente). La transformación es el cambio de fase en su estructura cristalina, entre su forma austenita y su forma martensita. En su estado o forma austenita el material es fuerte y formado a altas temperaturas. En su estado martensita el material es débil y se encuentra a bajas temperaturas. Si un objeto de nitinol está en su forma martensítica puede ser deformado fácilmente, porque el material es débil. Si el objeto se somete a una fuente de calor, rápidamente tomará su forma original con gran fuerza. La austenita y la martensita, al igual que la perlita y la cementita, entre otros son constituyentes del acero que presentan distinta proporción de Carbono en las aleaciones que este establece, por ejemplo, con hierro.
Con este tipo de experimentos da a conocer una de las propiedades de algunos materiales, que se caracteriza porque después de sufrir una deformación son capaces de volver a su estado original, para ello es necesario elevar la temperatura del material. Estos materiales inteligentes tienen grandes aplicaciones en la ciencia y en la tecnología.
El nitinol, además, tiene muy buenas propiedades eléctricas y mecánicas, resistencia a la fatiga, y resistencia a la corrosión.
Después de ver el experimento he buscado más información acerca del Nitinol y me he encontrado que tiene bastante aplicación en la medicina. Sus propiedades son idóneas para funcionar con el cuerpo humano. Una de las aplicaciones que más he encontrado en internet son los Stents hechos de Nitinol. Las características de este material lo hacen perfecto para colocar dentro de las venas de una forma contraída y que con el calor del cuerpo vuelva a su forma y así formen la pared de la vena que necesitamos crear.
O Nitinol é unha aleación de Ni e Ti que tén memoria de forma. Esto débese a que está prensente en dúas fases estables, a alta temperatura como austenita e a baixa temperatura como martensita. Ó enfriar, o Nitinol pasará de austenita a martensita e si quenta producirase a transformación inversa. A martensita pódese deformar aplicándolle forma que permanecerá estable ó cesar a forza. Ó quentar a martensita tranfórmase en austenita que ó enfriar transformarase na martensita non deformada. As aleacións con memoria de forma (AMF) teñen múltiples aplicacións. Por exemplo, como se explica noutros comentarios médicas para reparar fracturas mediante a aproximación dos ósos. Outra aplicación de grande interese é a fabricación de válvulas tremoestáticas para calefacción. Neste caso utilizaranse dous muelles en sentido oposto, un de aceiro (elasticidade constante ca temperatura) e outro de AMF que a baixa temperatura é fácilmente deformable, de maneira que se abrirá a vávula. Ó alcanzar unha determinada temperatura transfórmase en austenita na súa forma orixinal, de maneira que actuará contra o muelle de aceiro cerrando a válvula. A estos materiais denomínanse intelixentes, neste vídeo pódese ver a explicación do funcionamento así como algunha aplicación.
Me ha sorprendido la existencia del nitinol y todas sus aplicaciones en medicina. Esto hace mucho más interesante la química!
O nitinol (aleación de níquel e titanio con aproximadamente un 55% de Ni e un 45% de Ti) caracterizase por deformarse con facilidade a baixas temperaturas e recuperar a forma orixinal ao superarse unha determinada temperatura. Buscando posibles aplicacións experimentais deste composto para levar a cabo na aula pareceume moi interesnate a que presenta o seguinte artigo de Alambique.
O experimento é moi vistoso para aplicar en docencia, pero é necesario acompañalo dunha clara explicación que distinga a propiedade elástica. Un material elástico tras a aplicación dunha forza que non provoque unha deformación plástica, recuperará a súa forma orixinal tras a desaparición da forza aplicada. Un material con memoria de forma que non sexa elástico non recuperaría a súa forma orixinal.
La flexibilidad que tiene el nitinol para adoptar formas a diferentes temperaturas favorece la exploración de Marte.
Sabía que había algúns tipos de plásticos que tiñan esta propiedade, como o que se emprega para facer algúns vasos de iogur, pero descoñecía que tamén acontecía con metais. Resultoume moi interesante descubrilo, e creo que é o tipo de experimentos que pode espertar o interese do alumnado para profundizar máis en conceptos físicos.
Súper interesante esta capacidade que teñen este tipo de aleacións. Sen embargo, parece que o campo de estudio mais candente é na fabricación de polímeros con esta capacidade. Deixo un artigo con algo de información ao respecto. Penso que no futuro teremos moitos destes polímeros en moitos mais campos ademáis dos que xa coñecemos como a fabricación de stents coronarios.
Con relación a los materiales con memoria de forma, también en el mundo sanitario están presentes y no solo de la mano de los stents, sino también en Traumatología para la fabricación de grapas para la recolocación de huesos, por ejemplo; o en Radiología Intervencionista, como retenedor de coágulos. Es importante recalcar que al estar hablando del cuerpo humano, todo material deberá ser biocompatible, lo cual nos limita un poco quedándonos solo con materiales con memoria de forma válidos a los basados en la aleación níquel-titanio.
Se ha comentado este experimento en las clases. La verdad es que es muy impresionante, sobre todo si no sabes que existen materiales que tienen tal propiedad :). Me parece muy buen experimento para llevar al aula y que sepan que algunas aleaciones tienen memoria de forma y sus aplicaciones en la industria. Sin duda, un experimento muy bueno!
Este material me parece un buen punto de partida para realizar una dinámica con los alumnos en la que se les pediría que piensen en:
– Aplicaciones de este material. ¿En qué creen que podrían emplearlo para mejorar su vida o la de los demás?
– Otras propiedades deseables de los materiales. ¿Qué propiedades tendrían, para ellos, un material inteligente?
A partir de sus propuestas podrían buscarse si existen dichos materiales y profundizar en los principios físicos subyacentes.
La verdad desconocía la existencia de un material como este y no sabía que existiesen materiales que reaccionen de esta manera. Tampoco estoy seguro de conocer el principio en el que se basa o su explicación científica. Lo que está claro es que parece como si de un truco de magia se tratara lo cuál lo hace muy curioso y llamativo para su realización y explicación.
Pienso que este concepto puede resultar muy curioso para el alumnado ya que llamará mucho su atención. Este tipo de materiales cuentan con muchas aplicaciones en ingeniería espacial (por ejemplo, en estructuras desplegables) y en el campo de la salud (endoprótesis vasculares para cirugías no invasivas, dispensadores de fármacos…) pero seguramente serán cada vez más habituales en otros ámbitos. La memoria de forma se explica por transformaciones de fases cristalinas inducidas por un estímulo. En muchas ocasiones estas transformaciones son del tipo martensítico (como en el nitinol), que consisten en cambio de geometría de los átomos del material por pequeños desplazamientos de estos que ocurren a gran velocidad. Dentro de este tipo de materiales los que tienen más importancia comercial son las siguientes aleaciones: NiTi, CuAlNi, CuZnAl y varias basadas en Fe, como la de FeMnSi. En el siguiente enlace se muestran otros ejemplos de este tipo de materiales incluyendo pequeños vídeos.
Sorprendente cómo un material es capaz de “recordar” su forma inicial. En el siguiente enlace se incluye, además de una explicación más de este experimento, su aplicación en medicina cardiovascular.
Me parece muy interesante estos materiales que tienen la propiedad de recordar su forma y creo que al alumnado le llamaría mucho la atención. Hay diversos materiales que tienen la propiedad de recuperar su forma después de una deformación, pero el nitinol tiene una serie de ventajas sobre el resto. El nitinol es muy económico, resistente a la corrosión y no tiene efectos tóxicos. Además tiene muy buenas propiedades eléctricas y mecánicas, resistencia a la fatiga y es biocompatible. En el siguiente vídeo se explica a que se debe esta propiedad y algunas de sus aplicaciones.
Como ya han comentado algunas persona, el nitinol tiene numerosa aplicaciones en robótica, seguridad o militar pero la más novedosa es en la medicina. En el siguiente enlace se puede encontrar numerosas aplicaciones.
Este tipo de materiales son sorprendentes y hasta parece que se está haciendo magia, pero en realidad es una propiedad del propio material. Si se da conseguido materiales similares, son fantásticos para demostrar sus distintas propiedades en clase y apoyen a la explicación.
Un material muy interesante para mostrar sus propiedades en un experimento en el aula y sorprender al alumnado. Dicho material, está siendo analizado para incorporarlo en el próximo viaje de la NASA a Marte, el cual puede tener un papel muy importante en diferentes aplicaciones, como por ejemplo, en las ruedas utilizadas que podrán flexionarse alrededor de obstáculos rocosos y luego volver a su forma original. Comparto aquí el dirección.
¡Qué curioso! Además de tener memoria de forma, este tipo de materiales también poseen otra cualidad, pues son muy elásticos, tanto que se dice que tienen superelasticidad. Algunas de sus aplicaciones se encuentran en el campo de la medicina, para la fabricación de estents, ya que otra de las características del nitinol es que posee una alta biocompatibildiad. Con él se puede formar una malla cilíndrica. A temperaturas “frías”, el stent “colapsado” (no en su forma cilíndrica) se puede introducir vía intravenosa para salvar una arteria ocluída. Con el calor del cuerpo humano, recupera su forma original, expandiendo la arteria, por lo que es un tratamiento muy importante en casos de infarto. En este vídeo se puede ver una animación de cómo se introduce el stent y éste recupera su forma para expandir la arteria.
Como suele suceder con los materiales con características especiales, el nitinol es útil en distintos campos. En este artículo nos hablan de todas sus aplicaciones en el campo de la medicina.
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Las propiedades de recordar la forma original y la superelasticidad hacen de este material, y en general de todos los SMA’s, un excelente recurso para innovar en aplicaciones cada vez más sofisticadas. Las propiedades del nitinol han sido útiles en gran cantidad de campos, se ha utilizado en aplicaciones militares, se seguridad y en robótica. Pero el uso más novedoso y relevante es en el campo de la medicina. Desde pinzas y tijeras más eficientes para cirugías y alambres de ortodoncia, hasta guías para sondas vasculares. El nitinol es uno de las aleaciones más utilizadas por ser biocompatible y de bajo costo, pero también podemos encontrar otras aleaciones con memoria de forma como cobre-aluminio-níquel; cobre-zinc-aluminio o hierro-manganeso-silicio.
Me pareció super interesante éste fenómeno. Y más todavía algunos de las utilidades como la que comentó una persona: “Por ejemplo: en traumatología se fabrican grapas que se introducen deformadas (martensita) y, al adquirir la T del cuerpo humano recuperan su forma previa (austenita) que obliga a recolocar los huesos fracturados, manteniéndolos unidos durante su curación; antes de implantarse las grapas deben de mantenerse a bajas temperaturas”
No conocía para nada este material y la propiedad que posee. Muy interesante y muy vistoso para comprender dicha propiedad.
Buscando información sobre o nitinol, atopei este artigo sobre “músculos de arame” usados en robótica. O propio concepto, moi de ciencia-ficción, chamoume a atención case tanto como ver unha destas aliaxes recuperar a súa forma orixinal.
No tenia ni la más mínima idea sobre el Nitinol y sus usos, sobre todo porque tiendo a asociar los metales como algo rígido. Me parece super interesante y fácil de entender. Dejo un vídeo que busqué en youtube, ya que me pareció un tema super novedoso para mí. Tras buscar más información sobre este material, es muy ventajoso ya que tiene muchas posibilidades de experimentar debido a sus múltiples propiedades para cualquier edad educativa.
Níquel y titanio? Podríamos adjuntarlo a nuestros cerebros y así no olvidaríamos nada. Será por eso que las prótesis llevan titanio??
Fuera bromas, sorprendente la velocidad con la que recobra sus orígenes.
Pues en relación con esto Verena, comentarte que una de las principales aplicaciones de nitinol es la utilización en el campo de la ortodoncia y en el de la medicina (como por ejemplo, en los famosos stends que tantos sustos nos dan).
El nitinol por sus propiedades es el material que se utiliza para termostatos para recipientes de café y para palos de golf.
Non explica a lóxica subxacente dese cambio de forma que se produce polo cambio de temperatura. Que acontece cos atómos? Que tipo de reaccións teñen lugar? Estaría ben entender con maior precisión o experimento.
En esta noticia hablan de la importancia del nitinol para la NASA. Y sus aplicaciones en Marte.
Tiven un profesor que nos dicía que o nitinol superelástico, máis que superelástico, debería denominarse « pseudoelástico ». Normalmente, un material elástico presenta un módulo de elasticidade que relaciona a deformación coa tensión sendo representable nunha gráfica na que para un valor de x (deformación) corresponde un y (tensión no punto desa deformación x) debuxando unha liña. En cambio, os materiais con memoria de forma ou superelásticos, presentan unha gráfica na que isto non se cumpre: a relación entre deformación e tensión cambia da forma austenítica á martensítica, debuxando dúas liñas diferentes e polo tanto tendo dous valores « y » diferentes para unha mesma « x ».
En odontoloxía o nitinol tamén é de utilidade en endodoncia. Na endodoncia límpase o interior do dente co fin de poder mantelo na boca sen infección empregando unhas limas rotatorias. A complicada anatomía dental, con raices as veces moi curvas, complica os tratamentos. As limas deben ser dun material o suficientemente flexible. Nos anos 70 empezáronse a usar as de nitinol: na súa forma orixinal e austenítica son rectas, pero ante o estrés exercido ao traballar dentro do dente pasan a forma martensítica, máis flexible, permitindo chegar ata a punta da raíz do dente superando curvaturas de ángulos moi fechados.
El funcionamiento del nitinol resulta increíble. En ingeniería todos hemos estudiado las propiedades de los ciertos materiales para recordar su forma, principalmente para recuperarse de deformaciones dentro de su límite elástico, pero este material lleva la expresión a otro nivel completamente diferente al ser capaz de transformarse en formas tan complejas y de una manera tan perfecta.
Es increible como los materiales pueden tener memoria de sus formas antiguas. Uno de los materiales que más me ha sorprendido han sido los botes de yogurt que hemos visto en clase.
Este es uno de los experimentos que más me sorprendió porque no lo conocía y el resultado es bastante llamativo, la verdad que otorgarle a los materiales el concepto “memoria” me parece acertado, porque es algo que es obvio que no tienen pero luego el resultado te demuestra que, en cierto modo, sí. Estoy seguro de que es un experimento que funciona en su objetivo porque conmigo ya lo ha hecho.
Un experimento muy llamativo para los alumnos que les sorprenderá a la vez que aprenderás una nueva propiedad de los materiales. Además, el experimento es barato y se pueden hacer diferentes formas para que los estudiantes realicen el experimento y vayan descubriendo las diferentes formas que el “material recuerda”. Un experimento genial para sorprender y explicar aprender un nuevo concepto.
Buscando Información sobre o Nitinol atopei a historia de Úri Geller, un mago que podia dobrar unha culler so co poder da “mente”. Pero parece ser que había un truco, a culler era de Nitinol e a súa forma original era a dobrada.
En línea co comentario de Rubén que destaca o uso do nitinol no campo da odontoloxía, tamén é preciso destacar a presenza deste material na mediciña.
O nitinol é moi empregado na fabricación de sténs médicos, dispositivos tubulares que se colocan nas arterias para mantelas abertas. A propiedade de memoria de forma permite que se comprima para a súa inserción e unha vez colocados recuperen a forma orixinal desexada.
Numerosos materiales y aleaciones de metales tienen esta propiedad. Es un aprendizaje muy interesante y útil para mostrar en el aula. En el siguiente enlace se puede acceder a un vídeo corto de tiktok que podría ser de interés al alumnado ya que se muestra el fenómeno de recuperación de forma en elementos cotidianos y familiares para ellos
Con las nuevas tecnologías, se está hablando de la impresión 4D, con materiales inteligentes, como en este caso, aquellos que recuperan su forma cuando se les aplica una externa (calor, luz, electricidad, ph…) Os dejo un vídeo donde se pueden apreciar estas “no” tan nuevas tecnologías que poco a poco están llegando a la vida cotidiana.
Interesantes materiales. En el siguiente artículo científico indican que la flotabilidad de un Vehículo Submarino No Tripulado (UUV, por sus siglas en inglés) puede ser controlada directamente mediante la deformación de una aleaciones con memoria de forma (SMA por sus siglas en inglés). En aguas superficiales más cálidas, la SMA se contrae, haciendo que los vehículos submarinos no tripulados (UUVs) sean negativamente boyantes y provoquen su inmersión. A medida que se supera la temperatura umbral en la que la SMA comienza a alargarse, el UUV se vuelve positivamente boyante, causando que ascienda. Las aleaciones con memoria de forma (SMAs) pueden deformarse a bajas temperaturas, pero al calentarse a una temperatura crítica, regresan a su forma original.
Se destaca una de las características fundamentales del nitinol como una aleación con memoria de forma, compuesta principalmente de níquel y titanio. La capacidad del nitinol para recordar y regresar a su forma original después de ser deformado es intrigante y tiene aplicaciones prácticas en diversos campos como se mencionó en un comentario anterior por ejemplo en ortodoncias, también se utiliza en stents en medicina, para expandir arterias estrechas y mantener esta apertura. Con todo me gustaría una explicación un poco más extensa que facilitase entender mejor el proceso.
Este es un tipo de experimento perfecto para enseñar al alumnado en clase, ya que suele llamarle mucho la atención cuando algún material varía su forma o movimiento “solo”. En el siguiente vídeo veremos más ejemplos de materiales con memoria de forma, los cuales usamos a diario y podremos encontrar con facilidad en nuestras casas.
Los materiales con memoria de forma más utilizados son metales y entre ellos destaca el nitinol que se emplea en este experimento. Otras aleaciones metálicas distintas del nitinol que también tienen memoria de forma son las aleaciones de cobre, zinc y aluminio; cobre, aluminio y níquel; y hierro, manganeso y silicio.
Es un fenómeno bastante llamativo y poco intuitivo en mi opinión, ya que tiendo a asociar el calentamiento de materiales con su derretimiento o ablandamiento. Me parece casi paradójico que calentar un objeto lo pueda endurecer y hasta hacerlo coger una forma definida. El nitinol es un material con esta propiedad muy curiosa que no conocía antes de ver el vídeo, pero además es biocompatible y no oxidante en el mar, lo cual le permite tener una multitud de aplicaciones en varias industrias.
Conocí el experimento en mi adolescencia pero recordarlo gracias a este recurso me ha inspirado a buscar información acerca de las aplicaciones de estos materiales. Creo que podría ser interesante comentar en el aula dichos usos para que el alumnado conecte lo que aprenden en clase en la resolución de problemas del mundo real. En esta línea, el nitinol dada esta propiedad se emplea en medicina para crear prótesis y desechables vasculares y quirúrgicos. Haré el experimento con mi alumnado con múltiples ciclos de calentamiento y enfriamiento para analizar el fenómeno de la fatiga del material.
La memoria de los metales es un fenómeno fascinante que combina ciencia de materiales y física para mostrar cómo ciertos metales, como las aleaciones con memoria de forma, “recuerdan” su forma original tras ser deformados. Este comportamiento ocurre gracias a una transformación a nivel atómico que se activa mediante un cambio de temperatura o estímulo específico. Es increíble pensar que algo tan sólido como un metal pueda comportarse casi como si tuviera “vida propia”, recuperando su estructura inicial.
El material presentado es soreprendente, sobre todo la primera vez que se observa su comportamiento. Su capacidad de “recordar” formas y cambiar de estado según la temperatura tiene aplicaciones interesantes en campos como la robótica y la biomedicina. Además, creo que el artículo científico que se añade ofrece una buena introducción para comprender sus fundamentos. El vídeo enlazado es un recurso visual muy útil para observar este fenómeno en acción, ya que muestra de forma sencilla el comportamiento del material.
Desconocía este material y sus propiedades, pero se me ocurre que quizás pueda utilizarse en impresion 3D. Me resulta contradictorio que con el calor sea rígido y frágil y con frío sea maleable, parece que funciona en contra de la norma.
Justo hace poco leí sobre la existencia de este material (no tenía ni idea de que existía algo así) e indagando un poco en internet he encontrado este artículo donde explica alguno de sus usos en la medicina, como la producción de stents para las arterias, dispositivos neurovasculares para aneurismas, alambres guía…