La capacità delle leghe a memoria di forma, utilizzati come materiali per stent medici, tornare alla loro forma originale dopo che un aumento della temperatura è stato soppresso a dimensioni dei grani nanometriche a causa di effetti legati alla maggiore proporzione dei bordi dei grani, secondo un modello matematico sviluppato dai ricercatori A*STAR. Questa scoperta aiuta a spiegare la perdita di memoria di forma e ad aumentare la nostra comprensione dei materiali a memoria di forma nanocristallini, che porterà a miglioramenti nella progettazione di tali dispositivi.

"Le leghe a memoria di forma sono comunemente usate come materiali per stent medici a causa della loro interessante memoria di forma e delle proprietà meccaniche, e anche in altre applicazioni biomediche e ingegneristiche, "dice il ricercatore capo, Rajeev Ahluwalia, dell'A*STAR Institute of High Performance Computing.

La memoria di forma si riferisce alla capacità di un materiale di tornare alla sua forma originale, di solito mediante riscaldamento, dopo gradi di deformazione relativamente grandi. Questo recupero di forma si verifica perché gli atomi nella struttura cristallina del materiale cambiano le loro disposizioni relative quando si verifica una diminuzione della temperatura, e tornare ai loro siti originali dopo il riscaldamento. Questo tipo di trasformazione 'martensitica' può essere estremamente utile in svariate applicazioni, ma sperimentalmente è stato scoperto che questa trasformazione viene soppressa quando i grani di cristallo costituenti si avvicinano alle dimensioni su scala nanometrica. Ciò riduce potenzialmente l'applicabilità delle leghe a memoria di forma su piccola scala.

Ahluwalia e il suo team hanno sviluppato un modello matematico per la trasformazione martensitica che riproduce con successo la soppressione della trasformazione osservata sperimentalmente in questi materiali (vedi immagine).

"Il nostro modello mostra che questa soppressione della trasformazione martensitica può essere attribuita agli effetti dei bordi dei grani, " spiega Ahluwalia. "I confini del grano possono imporre una penalità energetica durante la trasformazione, sopprimere la trasformazione localmente ai bordi di grano, e portando alla completa soppressione della trasformazione in piccoli grani al di sotto di una granulometria critica".

Pur mostrando che la trasformazione indotta dalla temperatura è soppressa nel regime dei nanograni, i risultati del team hanno anche spiegato la riduzione dell'"isteresi meccanica", la differenza nel modo in cui un materiale si deforma sotto una data forza a seconda che stia caricando o scaricando, man mano che la dimensione del grano diminuisce. Ciò implica una ridotta perdita di energia e una ridotta fatica meccanica, proprietà desiderabili che possono essere ottenute diminuendo la dimensione del grano.

"Comprendere la causa alla base di questi comportamenti interessanti a piccole dimensioni dei grani ci offre un mezzo per progettare microstrutture di materiali in modo che abbiano proprietà desiderabili, "dice Ahluwalia.