“雙級納米結構”可在形狀記憶合金中實現彈性儲能

近日，西安交通大學材料學院強度室科研人員提出了一種“雙級納米結構”微觀設計策略，在形狀記憶合金中實現優異的彈性儲能。相關研究成果發表在《先進材料》上。

對于自然界中的生物系統、工程領域的機械裝置，比如控制動物快速運動的生物組織、微機電諧振器和驅動器等，彈性機械能的高效儲存與釋放是至關重要的。近年來，人造肌肉、跳躍機器人、無人機彈射系統的快速發展迫切需要具有高儲能密度以及高能量效率的彈性材料。金屬材料因具有高強度和優良加工性在彈性儲能應用中占據重要地位，常被制成彈簧、發條等，然而其相對較低的彈性儲能密度限制了其在設備小型化、集成化趨勢下的進一步應用。

該研究策略通過構建預存納米馬氏體疇的納米晶結構，基于無需形核的相變模式和晶界強化效應，同時實現高屈服強度、大彈性應變和低能量耗散。所開發的新型TiNiV形狀記憶合金表現出超高彈性儲能密度、能量效率以及優異的抗疲勞性。這種通過預先引入“相變種子”降低一級相變過程中的能量耗散，并利用晶粒細化提升材料強度，最終提升材料彈性儲能的設計思路，有望拓展至其他相變體系，啟發基于固態相變的其他功能特性的進一步優化，比如高介電儲能、高效彈熱制冷等。

研究通過構建預存納米馬氏體疇的納米晶結構，基于無需形核的相變模式和晶界強化效應，同時實現高屈服強度、大彈性應變和低能量耗散。（課題組供圖）

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202408275