Dalam catatan blog ini, kami akan meneroka prinsip dan ciri aloi memori bentuk dan memperkenalkan contoh aplikasinya, daripada kehidupan seharian hingga teknologi canggih.
Antena yang boleh dilipat menjadi saiz padat untuk memudahkan pengangkutan tetapi boleh dibuka sepenuhnya di angkasa lepas; baju yang lengannya boleh digulung secara automatik apabila cuaca menjadi panas; cermin mata yang kembali kepada bentuk asalnya walaupun selepas dibengkokkan—senario ini, yang dahulunya kelihatan seperti sesuatu yang terus daripada filem fiksyen sains, kini menjadi kenyataan. Apa yang memungkinkan perkara ini ialah “aloi memori bentuk.” Seperti namanya, “aloi memori bentuk” ialah aloi yang mengingati bentuknya. Walaupun selepas aloi dibentuk menjadi bentuk tertentu dan kemudian diubah bentuk menjadi bentuk yang berbeza dengan mengenakan daya, ia kembali kepada bentuk asalnya apabila dipanaskan. Penciptaan aloi ini—yang kelihatan seperti sesuatu yang hanya wujud dalam imaginasi—terjadi secara tidak sengaja. Pada tahun 1960, semasa satu eksperimen di Makmal Senjata Tentera Laut AS, seorang penyelidik mendapati bahawa spesimen nikel (Ni)-titanium (Ti) mula bergoyang apabila pemetik api dihadapkan kepadanya. Penyelidikan lanjut mengenai fenomena ini membawa kepada pembangunan aloi memori bentuk nikel (Ni)-titanium (Ti) yang digunakan terutamanya hari ini.
Keupayaan aloi memori bentuk untuk kembali kepada bentuk asalnya walaupun terdapat ubah bentuk luaran adalah disebabkan oleh struktur kristal logam—iaitu, susunan atomnya. Semua logam terdiri daripada atom yang disusun dalam corak yang sekata untuk membentuk kristal, dan kristal ini mempunyai struktur dalaman yang berulang. Dalam kebanyakan logam, apabila dibengkokkan, diregangkan, atau dipanaskan dari luar, ubah bentuk berlaku tanpa mengubah susunan atom. Sebaliknya, aloi memori bentuk mempunyai dua struktur kristal stabil yang berubah mengikut suhu; akibatnya, apabila suhu berubah, susunan atom itu sendiri berubah. Contohnya, pada suhu tinggi, keluli mempunyai susunan atom kubik berpusat muka (fcc)—dikenali sebagai austenit—di antara pelbagai fasanya, tetapi apabila disejukkan, ia berubah kepada susunan atom kubik berpusat badan (bcc) yang dikenali sebagai martensit. Oleh kerana martensit boleh diubah bentuk secara luaran, ia boleh dibentuk seperti yang dikehendaki; apabila dipanaskan, aloi "mengingati" bentuk itu dalam keadaan austenitnya. Selepas itu, walaupun bentuknya diubah, ia akan kembali kepada bentuk asalnya hanya dengan menaikkan suhu.
Untuk lebih memahami prinsip operasi aloi memori bentuk, kita boleh menyamakannya dengan organisma hidup. Aloi memori bentuk adalah seperti organisma hidup yang "mengingati bentuknya" di bawah keadaan tertentu dan "pulih" kepada keadaan asalnya apabila keadaan berubah. Dalam erti kata lain, ia mengekalkan bentuk asalnya pada suhu tinggi, dan apabila terdedah kepada hentaman atau ubah bentuk luaran, ia sementara mengambil bentuk baharu tetapi akhirnya kembali kepada keadaan asalnya. Oleh itu, aloi memori bentuk dianggap sebagai "bahan pintar" yang melangkaui batasan logam ringkas dengan berulang kali berubah bentuk dan pulih sendiri, dan penyelidikan sedang dijalankan untuk menjadikan ia bertindak balas bukan sahaja terhadap suhu tetapi juga kepada pelbagai rangsangan seperti impuls elektrik, medan magnet dan tekanan.
Berdasarkan prinsip ini, berpuluh-puluh sistem aloi—termasuk berasaskan nikel (Ni), berasaskan kuprum (Cu), dan berasaskan besi (Fe)—telah ditemui melalui penyelidikan yang berterusan. Walau bagaimanapun, kesemuanya berkongsi dua ciri umum. Yang pertama ialah "daya pemulihan." Daya pemulihan merujuk kepada daya yang dikenakan pada aloi apabila ia kembali kepada bentuk asalnya sebagai tindak balas kepada perubahan suhu; kerana daya ini ketara, ia boleh dimanfaatkan secara mekanikal. Ciri kedua ialah "kebolehulangan." Walaupun selepas aloi telah mengalami satu kitaran ubah bentuk dan pemulihan, penggunaan ubah bentuk padanya sekali lagi menyebabkan ia kembali kepada bentuk asalnya. Proses ini mempamerkan kebolehulangan, membolehkan aloi kembali kepada bentuk asalnya walaupun selepas beratus-ratus kitaran. Berdasarkan sifat daya pemulihan dan kebolehulangan ini, aloi memori bentuk telah mengukuhkan diri sebagai bahan penting dalam pelbagai bidang.
Aloi memori bentuk, yang mempunyai sifat unik "pemulihan" dan "kebolehulangan" tidak seperti logam biasa, pada mulanya hanya digunakan dalam penerokaan angkasa lepas, ketenteraan dan aplikasi perindustrian. Walau bagaimanapun, ia kini memainkan peranan penting dalam banyak aspek kehidupan seharian, dan aplikasinya hampir tidak terbatas. Contohnya, dalam bidang teknologi angkasa lepas, aloi memori bentuk digunakan dalam komponen seperti sayap dan panel solar; ia boleh direka bentuk untuk kekal dilipat ke dalam keadaan padat semasa pelancaran kapal angkasa dan kemudian terungkap secara automatik apabila memasuki angkasa lepas. Ini membolehkan luas permukaan yang lebih besar sambil mengurangkan pukal, sekali gus meningkatkan kecekapan pengangkutan dan mengurangkan kos pelancaran.
Dengan menggunakan sifat aloi—yang memerlukan perubahan suhu untuk pemulihan dan ubah bentuk—kepada haba badan, terdapat banyak aplikasi yang berkaitan dengan tubuh manusia. Contohnya termasuk "wayar coli memori," di mana wayar coli bengkok meluruskan kembali ke bentuk asalnya apabila bersentuhan dengan haba badan semasa mencuci, dan baju bebas kedut dengan gentian aloi memori bentuk yang melaraskan panjang lengan berdasarkan cuaca dan suhu, yang semuanya menjadikan kehidupan seharian lebih mudah. Di samping itu, peralatan ortodontik yang menggunakan haba badan untuk menyelaraskan gigi secara sekata digunakan secara meluas, dan aloi memori bentuk dimasukkan ke dalam saluran darah sempit untuk mengembang di lokasi yang dikehendaki, untuk tujuan perubatan seperti menyambung atau menyokong bahagian badan yang rosak. Jika sifat aloi memori bentuk disepadukan dengan bidang bioteknologi, kesan sinergi akan menjadi sangat besar. Selain aplikasi ini, kepekaannya terhadap perubahan suhu menjadikannya berguna sebagai sensor kawalan suhu automatik dalam pemercik dan pemanas, dan ia juga digunakan dalam bidang yang memerlukan kestabilan tinggi, seperti sambungan paip dalam kapal selam dan pesawat.
Walaupun aloi memori bentuk mempunyai sifat yang sangat baik dan mempunyai pelbagai aplikasi, sudah tentu ia mempunyai kelemahan. Ia sukar diproses, sukar dibentuk, dan mahal, yang menimbulkan halangan kepada aplikasi praktikalnya. Untuk mengatasi kelemahan ini, penyelidikan yang meluas sedang dijalankan. Akibatnya, aloi memori bentuk yang diperbuat daripada kuprum—yang agak kurang mahal daripada titanium—dan plastik memori bentuk, yang mempunyai sifat yang sama seperti aloi memori bentuk tetapi lebih berdaya saing dari segi kos, berada di ambang pengkomersialan. Pada masa ini, penyelidikan sedang giat dijalankan dalam bidang kejuruteraan bahan untuk membangunkan bahan memori bentuk yang lebih praktikal. Khususnya, sifat memori bentuk sedang diperluas melangkaui aloi untuk memasukkan bahan polimer, menggabungkannya dengan kelebihan polimer—seperti ringan, lekatan, dan mudah dibentuk—untuk membolehkan pelbagai aplikasi dalam bahan perubatan dan tekstil. Tambahan pula, usaha sedang dijalankan untuk mengembangkan sifat memori bentuk—yang bertindak balas terhadap perubahan suhu—untuk memasukkan pelbagai rangsangan seperti daya magnet dan tindak balas asid-bes.
Melihat kembali sejarah manusia, perkembangan tamadun telah didorong oleh bahan dan zat yang digunakan secara meluas pada setiap era, seperti batu, gangsa, besi, plastik, dan silikon. Perkembangan dan kemajuan bahan memungkinkan komputer, membolehkan kapal angkasa bergerak ke angkasa lepas, dan, dalam erti kata yang lebih luas, memungkinkan cara hidup kita sekarang. Dilihat dalam konteks ini, aloi memori bentuk—yang boleh dianggap sebagai bahan baharu—juga merupakan bahan yang akan menjadikan dunia yang pernah tidak dapat dibayangkan menjadi kenyataan. Kita menantikan masa depan yang mengambil langkah ke hadapan, yang dibawa oleh pembangunan dan aplikasi aloi memori bentuk, yang mempunyai potensi yang mencukupi untuk mewujudkan dunia yang lebih baik.
