《Nature》：開辟新應用范圍！由氧化鋯變種的新型形狀記憶材料

氧化鋯陶瓷材料Zirconia ceramics，ZrO2表現出馬氏體相變，能夠產生10%量級的較大應變，使其在高溫下具有形狀記憶和超彈性應用的前景。

類似于其他馬氏體材料，這種相變應變transformation strain，可以通過仔細合金化來設計，以產生具有減少的滯后（加熱和冷卻時轉變溫度的差異）更相稱的轉變。

然而，在氧化鋯中，這種“晶格工程”因額外的物理限制而變得復雜：其次需要管理較大的相變體積變化，并實現足夠高的相變溫度，以避免動力學障礙。

美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）Edward L. Pang，Gregory B. Olson，Christopher A. Schuh，在Nature上發文的，提出了一種將晶格工程方法擴展到馬氏體設計的方法，以解決這些額外的限制，結合現代計算熱力學和數據科學工具，以跨越尚無數據的復雜多組分空間。

研究結果，獲得了一種新的氧化鋯組合物，其具有15K記錄低滯后，與典型值相比，其相變滯后小大約十倍（并且比迄今為止報道的最佳值小大約五倍）。

這一研究發現表明，氧化鋯陶瓷，可以表現出與廣泛使用的形狀記憶合金相當的滯后值，為其用作可行的高溫形狀記憶材料，鋪平了道路。

Low-hysteresis shape-memory ceramics designed by multimode modelling.

多模模型設計的低滯后形狀記憶陶瓷

圖1：結合機器學習、計算熱力學和晶格工程的多方面建模方法，預測新型氧化鋯ZrO2陶瓷基復合材料的形狀記憶特性。

圖2：不同摻雜劑，對二元系ZrO2形狀記憶陶瓷的馬氏體相變開始溫度martensite start temperature，Ms、體積變化（ΔV/V）和相變拉伸張量的中間本征值middle eigenvalue of the transformation stretch tensor，λ2的影響。

圖3：復相陶瓷材料ZrO2-TiO2-AlO1.5體系中，優選組成的表征。

圖4：氧化鋯ZrO2形狀記憶陶瓷的低熱滯后效應Low thermal hysteresis。

封面圖源自于圖蟲創意