镍钛形状记忆合金在医学中的应用
镍钛记忆合金皮内缝合对甲状腺手术切口愈合的影响
镍钛记忆合金皮内缝合对甲状腺手术切口愈合的影响【摘要】镍钛记忆合金是一种新型的皮内缝合材料，具有形状记忆和超弹性的特点，在甲状腺手术切口愈合中发挥着重要作用。
本文通过介绍镍钛记忆合金皮内缝合的原理和优势，探讨了其在甲状腺手术中的应用及对切口愈合的影响。
研究指出，镍钛记忆合金皮内缝合能够促进切口愈合，减少愈合时间，降低感染风险。
也需要注意镍钛记忆合金皮内缝合可能存在的并发症。
结论部分提出了镍钛记忆合金在甲状腺手术切口愈合中的作用，并展望了未来的研究方向。
镍钛记忆合金皮内缝合在甲状腺手术中具有重要意义，为切口愈合提供了新的思路和方法。
【关键词】关键词：镍钛记忆合金、皮内缝合、甲状腺手术、切口愈合、并发症、作用、研究方向、总结、影响、优势、应用、结论。
1. 引言1.1 背景介绍甲状腺手术是常见的手术方式，用于治疗甲状腺疾病，如甲状腺结节、甲状腺肿瘤等。
手术切口的愈合情况直接影响患者的康复和生活质量。
传统的手术缝合方式包括皮外缝合和皮内缝合，然而这些缝合方式存在着缝合时间长、疤痕形成多等缺点。
本研究旨在探讨镍钛记忆合金皮内缝合在甲状腺手术切口愈合中的作用及影响，为临床提供更有效的手术缝合方式，促进患者的快速康复。
通过对镍钛记忆合金皮内缝合的原理、优势、应用以及并发症等方面进行研究分析，旨在为临床手术提供更加科学的指导。
1.2 研究目的研究目的：本研究旨在探讨镍钛记忆合金皮内缝合对甲状腺手术切口愈合的影响，评估其在临床应用中的效果和优势。
具体目的包括：1. 分析镍钛记忆合金皮内缝合的原理，了解其在皮肤缝合中的作用机制；2. 探讨镍钛记忆合金皮内缝合相比于传统缝合材料的优势和特点；3. 研究镍钛记忆合金皮内缝合在甲状腺手术中的实际应用情况，分析其在手术切口愈合中的效果；4. 调查镍钛记忆合金皮内缝合对切口愈合的影响，验证其在临床实践中的可行性和安全性；5. 探讨镍钛记忆合金皮内缝合可能存在的并发症，并提出相应的预防和处理策略。
形状记忆合金在骨科的临床应用
形状记忆合金在骨科的临床应用形状记忆合金是一种材料科学领域的新型材料，具有记忆性和弹性，具有形状记忆合金的独特性能，决定了它在医学领域的广泛应用，尤其是在骨科领域的临床应用具有重要意义。
形状记忆合金具有形状记忆性，可以记住各种形状，这意味着它们可以在压力下压缩并保持最后一次的状态。
由于这种特殊性能，这种合金可以被用来制作一种各种形状的医疗器械，如植入器和支架等。
这种性能为临床应用提供了很多可能性，特别是在骨科手术中，这种材料可以被用来制作各种夹具、夹板和支架等。
形状记忆合金的另一个独特性能是具有良好的弹性模量。
弹性模量表示了这种材料在承受外力后恢复原始形状的程度，可以更好的承受重量和压力。
这意味着形状记忆合金可以用于制作高强度骨科支架等医疗器械，并适用于康复过程中的长期负荷。
在骨科手术中，术后患者需要使用正确的支架，以帮助固定骨骼或连接不同部位的骨骼。
由于其高强度和恢复能力，形状记忆合金是一种理想的材料，用于生产各种骨科支架和支持器。
另一个显著的特点是形状记忆合金在体内的生物相容性和耐腐蚀性。
生物相容性是指材料与生物组织的相互作用，耐腐蚀性是指材料在人体液体中的反应。
这些特性确保形状记忆合金可以安全地用于人体内部。
因此，形状记忆合金是设计和生产各种骨科植入体、修复材料以及支架等的最佳材料之一。
总之，形状记忆合金作为一种新型材料，凭借其独特的性能，可以在骨科领域的临床应用中发挥巨大的作用。
这是因为它们不仅能够适应多样化的形状和尺寸，而且还具有高强度、回弹力和优良的生物相容性和耐腐蚀性等特点。
形状记忆合金因其在骨科领域的广泛应用而备受关注，并且有望为未来的医疗保健提供许多创新的解决方案。
镍钛记忆合金材料在骨科的应用
镍钛记忆合金材料在骨科的应用作者：齐晓军来源：《中外医疗》2012年第28期[摘要] 目的探究镍钛记忆合金材料在骨科的应用现状。
方法通过对镍钛记忆合金在骨科的具体使用方法和类型进行研究，评价镍钛记忆合金材料骨科应用的价值。
结果在骨科镍钛记忆合金材料可应用于四肢、脊柱及股骨头的骨折中，临床应用效果较为满意。
结论镍钛记忆合金材料拥有较好的生物相容性，其较好的弹性及不易磨损、抗腐蚀的优点，在骨科骨折的治疗上得到了广泛的应用。
[关键字] 镍钛形状记忆合金；骨折；内固定：骨科；应用[中图分类号] R687.3 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742（2012）10（a）-0190-02美国研究学者BueMe通过发布对镍钛合金形状记忆效应的研究成果[1]，引发了镍钛合金的研究浪潮。
随着科技的发展，镍钛合金在医学领域的应用越来越广泛，其被称为一种生物记忆材料。
笔者通过对骨科临床阶段镍钛记忆合金在不同部位的应用进行总结，现表述如下。
1 镍钛合金的使用原理镍钛合金的形状记忆功能是指镍钛合金在低温的情况下进行塑性，当元件加热到一定的温度后，其可恢复到原来的形状。
其较好的组织相容性及弹性、耐性，可适应各种临床需要。
2 骨科的应用现状2.1 脊柱方面在颈椎病的治疗上，镍钛人工颈椎关节的应用称为治疗的新方法。
通过合金棒对人体脊柱的矫正，可达到满意的治疗效果。
镍钛记忆合金材料的使用对减少颈椎的退行性病变、降低压力及预防并发症方面有着重要的意义。
卢世壁通过镍钛合金棒治疗32例脊柱侧弯[2]，疗效满意，其研究表明其在自身的相变过程中可达到良好的水平矫正效果。
笔者通过20例23个椎关节的临床实践，通过3年的随访研究发现，患者的颈椎关节的活动度增高较为明显，神经性的压迫症状得到较好的减轻且治疗效果没有衰减。
2.2 关节方面髋臼骨折的治疗。
粉碎性的髋臼骨折一直是骨折的治疗难题之一。
髋臼关节上复杂而且形状不规则，周围血运丰富复杂。
镍钛形状记忆合金胆道内支架在胆道狭窄中的应用
转移 癌 压 迫 侵 犯 胆管 及 医源 性 胆 管损 伤等 。大多 进行 性加 重 ， 不及 时 解 除 如 梗阻 ， 将引起 肝 内胆 汁淤 积 而造 成肝 必 损害 ， 终导致 肝 功能 衰竭 。但 恶 性肿 最 瘤早期 多无 特异 症状 ， 多数 病人 发 现 时
使 用镍钛 合金 丝行 口腔 正 畸 以来 ， 为 作
维普资讯
・
５Ｏ ・ １
肝胆外科杂志 ２０ 年 ８． ０２ 且筮 鲞笙 塑
』 Ｐ ｉ 墨 疆！ ！ ｉ
・
！
： ： ！
读 书 报 告 ・
镍 钛 形 状 记 忆 合 金 胆 道 内支 架在
胆 道 狭 窄 中 的应 用
赵 平伟
宽， 在部分 原有 治疗方 法 效果 不佳 的 良 性 狭 窄 病 例 中 使 用 后 ， 期 效 果 良 近 好 。 目前 临 床 常用 的 有 疏 螺 距 与 密
术创 伤 相 对 较 大 ， 一 定 的手 术 并 发 有 症， 而且 种 种情 况无 法承 受 “ 或难 以达 到技 术 要 求０ 。 为 此 ， 们 尝 试 了乳 人 胶、 硅胶 、 ｆ ｎ 不 锈 钢 等 多种 材 料 的 Ｔｅｌ 、 ｏ 内支撑 管 以解 除 胆道 梗 阻 ， 但共 同的缺 点 是容 易被肿 瘤及 胆 泥 阻塞 “ 。１ ９ 。 ９ ３ 年， 顾万 清等 首先在 国内将 镍钛 记忆 合 金 支 架 用 于 高 位 恶性 胆 道 狭 窄 的 姑息
架 用 于胆道 外科 时间 尚短 ， 且所 选 择病 例多 为恶性 肿瘤病 人 ， 对 人体 内长 期 故
２ 优越性 ： 钛形 状记忆 合 金 支 架 ． 镍
在 治 疗 胆道 狭 窄 中具 有其 它 材 料 支撑 管所无 法 比拟 的优 越 性 ， 要 表 现 在 ： 主 （ ） 复 和 维持 正 常 的胆 道 生 理 ： 架 １恢 支 置 入狭 窄部位后 ， 可恢 复正 常 胆道 生理 通 道 ， 到 良好 的 内引 流作 用 。避 免 了 起 胆 汁 流 失 和对 病 人精 神 和生 活 的 不利 影响， 延长 了恶性 胆道 梗 阻病 人 的带瘤 生存 期 。（ ） 弹 性 ： 相 变 温 度 下 ２超 在 的形 状恢 复功 能 ， 产生 其它 材料 无 法 比 拟 的超 弹性 ， 可充 分扩 张及 支撑 狭 窄 的 胆道 ， 无传统 内支 撑管 易被 压 扁及 偏 且 移滑 脱 的缺 点 。（ ） 容性好 ： ３相 耐疲 劳 、 耐磨 损 、 耐腐蚀 ， 安 全无 毒 、 物 相容 且 生 性 好 ， 周 围组 织 刺激 小 。长 期 放 置在 对 胆道 无 胆 管 壁 的 严 重 炎 症 反 应 ”。
镍钛合金在生活中的用途
镍钛合金在生活中的用途
镍钛合金是一种具有形状记忆和超弹性的特殊合金，由于其独特的物理和化学性质，在生活中得到了广泛应用。
首先，镍钛合金常用于医疗器械制造。
例如，用于牙齿矫正的牙套、耳蜗植入器、心脏起搏器等都是采用镍钛合金制造的。
这是因为镍钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，能够长期在人体内使用。
其次，镍钛合金也广泛用于高科技领域。
例如，作为火箭发动机的材料、航空航天器的结构材料、航空发动机的叶片材料等。
镍钛合金还可以用于制造高精度仪器，如显微镜、光谱仪等。
此外，镍钛合金也被用于家居装饰领域。
例如，镍钛合金的门把手、拉手、灯饰等产品逐渐被人们所接受。
这是因为镍钛合金颜色金属质感强，耐磨性好，具有较高的装饰效果。
最后，镍钛合金还可以用于制造运动器材。
例如，高尔夫球杆、滑雪板、冲浪板等体育用品，都可以采用镍钛合金制造。
因为镍钛合金具有较高的强度、弹性和稳定性，能够提高运动器材的性能和寿命。
综上所述，镍钛合金在生活中的用途非常广泛，不仅在医疗、高科技、家居装饰等领域得到了广泛应用，还有很多新的应用领域待发掘。
- 1 -。
NiTi形状记忆合金的性能及应用
NiTi形状记忆合金的性能及应用(**************************************)摘要：本文主要介绍了NiTi形状记忆合金的性能，如形状记忆效应、超弹性效应、生物相容性、耐磨性、阻尼性等。
再举例简要介绍它在工程领域、医学领域方面的应用，并对以后的发展方向做了展望。
关键字：形状记忆性能；应用Properties and Application of NiTiShape Memory AlloysAbstract：The essay is mainly introduce the shape memory effects，such as super-elasticity effect，temperature memory effect，biological compatibility , resistance to wear and damping of NiTi shape memory alloys (SMA)，et al . And then talk about the applications of NiTi shape memory alloy in engineering field ，medical field . The development direction of the study field was forecasted．Key words : shape memory effect ; application引言形状记忆合金(Shape Memory Alloy，简称SMA) 是一种特殊的金属材料，经适当的热处理后即具有回复形状的能力，这种能力被称为形状记忆效应(Shape Memory Effect，简称SME) 。
实际上，很多材料都具有SME，但能够产生较大回复应变和形状回复力的，只有少数的几种材料，如：Ni-Ti合金和铜基合金(CuZnAl和CuAlNi)，铁基合金应用最广泛。
镍钛形状记忆合金聚髌器治疗髌骨骨折临床应用
（ ） 字 ２ ０ 第 膝 ０ 检 查 髌 面是 否平 滑 ，适 度 活 动 膝 关 固 定 ，克 氏 针 张 力 带 内 固 定 时 ，克 氏针 准 ０５ 。
节 ， 关 节 囊 切 口探 明并 经 Ｃ臂 Ｘ线 透 有 较 好 的 抗 弯 性 能 ， 从 加之 髌 骨 钢 丝 捆 扎 ，
结 果 本 组 ３ ７例 ， 部 得 到 随 。 随访 时 间 为 ８ ２ 全 ～ Ｏ个 月 ， 折 全部 愈 骨
合 ， 感 染 、 折 移 动 及 髌 骨 爪 脱 落 。骨 折 愈合 时 间 为 ６ ２周 ， 均 ９周 。 结 论 镍 钛 形 状 记忆 合 金 聚 髌 器 是 治 疗 髌 骨 骨 折 行 之 有 效 的 方 无 骨 ～１ 平 法 ， 有操作简便 、 具 固定 可 靠 、 可早 期 进 行 功 能 锻 炼 等 优 点 。
・
６ ４・ ５
江 刨伤 外 科 ２ １ 年 １ ０ １ ０月 第 ｌ ６卷 第 ５期
Ｚ Ｊ Ｊ Ｔａｍａｉ， ｔｂｒ２ １ ． ｏ．６ Ｎ ． Ｈ ｒｕ ｔ Ｏｃ ｅ ０ １ Ｖ １１ ． ｏ ｃ ｏ ５
・
诊治分析 ・
镍钛形状 记忆合金 聚髌器治疗髌骨骨折 临床应用
吴 翔 王 顺 新 史 作 兵
证 １ － 手 术 方 法 ： 用 硬 膜 外 阻 滞 麻 醉 或 视 ， 实 关 节 面 平 整 。最 后 修 复 软 组 织 ， 有 效 抵 抗 股 四头 肌 作 用 于 髌 骨 上 的 牵 引 ２ 采
防止 膝 关 节 屈 曲 骨 折 块 再 次 分 离 ， 保 腰 麻 ， 卧 位 ， 髌 前 正 中纵 形 切 口 ， 平 取 切 恢 复 其连 续 性 和完 整性 ， 冲洗 切 口 ， 层 力 ， 逐 开 皮 肤 、 下 组 织 、 起 皮 瓣 ， 露 骨 折 缝合 切 口 ， 力 绷 带加 压 包 扎 。 皮 掀 显 弹 持关节面平整 ， 可早 期 功 能 锻 炼 ， 防 和 预
记忆合金医学中的作用
`N i T i形状记忆合金在医学上的应用姓名：***班级：材料1101学号：********N i T i形状记忆合金在医学中的应用摘要 N i T i形状记忆合金是一种功能材料，除具有比强度高、耐磨、耐腐蚀、无磁、生物相容性好等特点外，还具有奇特的形状记忆性能和超弹性性能。
其广泛用于宇航、通信、医疗、自动控制、仪器仪表、管道连接、眼镜制造以及日常生活等方面。
N i T i合金在医学中已经广泛应用，其中较为突出的是在断肢、修复损伤组织上的应用。
目前主要的研究方向为仿生，为病人提供义肢等等。
本文主要介绍部分最新N i T i记忆合金在医学中的应用。
Abstract Shape memory alloy is a kind of functional materials, besides than high strength, wear resistance, corrosion resistance, non-magnetic, good biocompatibility, also has a strange shape memory properties and properties. It is widely used in aerospace, communications, medical, automatic control, instruments and meters, pipe connection, glasses in manufacturing as well as in daily life. N I T I alloy has been widely used in medicine, is among the more prominent in the application of limb, repair damaged tissue. The main research direction for the bionic, provide patients with prosthetic, and so on. This paper mainly introduces some latest N I T I memory alloy application in medicine.关键词 N i T i 记忆合金医学Memory alloy Biomedical前言在人类文明发展史上，材料是科学技术进步的重要支柱，也是社会进步的物质基础。
镍钛记忆合金在耳鼻咽喉科的应用
镍钛记忆合金在耳鼻咽喉科的应用中山医科大学孙逸仙纪念医院（广州510120）彭解人综述广东省人民医院（广州510080）宋新汉审校[摘要]镍钛合金是一种具有形状记忆功能的金属，它具有超弹性、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损、生物相容性好和无毒等优点，而被广泛应用于临床。
本文就镍钛合金的研究进展、耳鼻咽喉科中的应用、置入方法和前景作一综述。
1951年美国Read首先报道Au-Cd合金具有形状记忆效应以来，目前已发现有20多种记忆合金，其中镍钛形状记忆合金以其形状记忆功能、超弹性、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损、生物相容性好和无毒等优点，在医学临床上得到广泛的应用[1]。
本文复习国内外文献，现将镍钛形状记忆合金（Ni-Ti shape memory alloys，NT-SMA）的研究和应用情况综述如下。
【NT-SMA的简介】 1963年Buehler[2]发现镍钛合金具有形状记忆效应，及其优越的超弹性性能均优于不锈钢。
NT-SMA为镍含量在54~56%间的金属化合物,它在不同温度下表现为不同的金属结构相。
低温时为单斜结构相（马氏体相），高温时为立方体结构相（奥氏体相）。
前者柔软可随意变形，如拉直式屈曲；而后者刚硬，恢复原来的形状，并且在形状恢复过程中产生较大的恢复力[3]。
NT-SMA在5000C高温下可被塑成螺旋状、网格状等各种所需要的形状，即记忆形状；被塑形的记忆合金，在0~40C低温时可任意变形；当温度上升至35~400C时，它很快恢复到原来的记忆形状。
该相变温度与镍钛合金中构成比例有关[4]。
它还有质轻(比重6.45g/cm3)、磁性微弱(导磁率<1.002)、强度较高（抗拉强度5740~9800kg/cm3）、耐疲劳性能（2.5×107cyl,4900kg/cm3），有利于持续发挥功能、从屈服强度（14000~2310kg/cm3）和弹性模量（714000~826000kg/cm3）所反映的高回弹性等优点。
镍钛形状记忆合金材料在骨科的应用
镍钛形状记忆合金材料在骨科的应用余洋;李新志;郑之和【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2010(014)047【摘要】背景:目前镍钛形状记忆合金使用广泛,已应用于骨科内固定物、牙科心血管材料、神经外科、泌尿外科、胃肠外科、肝胆外科以及生殖医学等医学诸多领域.目的:就镍钛形状记忆合金在骨科各方面的应用作一综述,以阐明其在骨科的应用现状.方法:由第一作者分别以"镍钛形状记忆合金,骨折"和"Nickel titanium (NiTi) shape memory alloys,fracture"为关键词进行检索,CNKI数据库的检索时限为2002/2009,PubMed数据库(/PubMed)的检索时限为1963/2009,检索内容为镍钛形状记忆合金在骨科的应用.结果与结论:计算机初检得到57篇文献,阅读标题和摘要进行筛选,保留符合纳入标准的17篇归纳总结.结果显示,镍钛记忆合金不仅仅使用在四肢骨折中,近年来也使用在脊柱和股骨头骨折中.镍钛记忆合金生物相容性好,并具有超弹性、低磁性、耐磨损、耐疲劳、抗腐蚀的特性,已作为一种新型内固定材料被广泛使用.【总页数】3页(P8840-8842)【作者】余洋;李新志;郑之和【作者单位】三峡大学医学院仁和医院骨科,湖北省宜昌市,443001;三峡大学医学院仁和医院骨科,湖北省宜昌市,443001;三峡大学医学院仁和医院骨科,湖北省宜昌市,443001【正文语种】中文【中图分类】R318【相关文献】1.镍钛形状记忆合金材料在骨科应用的研究进展 [J], 王勇平;陈根元;刘小荣2.镍钛记忆合金材料在骨科的应用 [J], 齐晓军3.镍钛形状记忆合金的生物相容性及其在骨科的应用 [J], 李强;唐际存4.镍钛形状记忆合金在骨科中的研究和应用 [J], 原野;曾跃林;陈铖;谭海涛;吴安平;朱崇瑜5.镍钛形状记忆合金在骨科中的研究和应用 [J], 原野;曾跃林;陈铖;谭海涛;吴安平;朱崇瑜;;;;;;;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
镍钛形状记忆合金在医学中的应用 Application of nickel-titanium shape memory alloy in Medicine
摘 要:介绍了形状记忆合金几种重要特性及主要类型,重点综述了医用Ni-Ti形状记忆合
金的发展现状及应用。资料表明,现有记忆合金中仅有Ni-Ti合金能够同时满足化学和生物学可靠性要求,是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。但由于缺乏系统的研究,对于可靠而有效的表面处理还缺乏统一的认识,因此,这方面的工作还亟待补充和完善。
关键词:形状记忆合金;Ni-Ti;医疗器械
Abstract: This paper describes several important characteristics of shape memory alloys and the
main types, focusing on the development status and application reviewed medical Ni-Ti shape memory alloys. Data indicate that only the existing memory alloys Ni-Ti alloy can meet reliability requirements of chemistry and biology, is the only kind of memory alloy for use in medicine. Because of its peculiar shape memory effect, bio-compatibility, super-elastic and excellent abrasion resistance, it has been widely applied in clinical and medical equipment. However, due to lack of systematic research, for reliable and effective surface treatment also lacks a unified understanding, so this work also needs to complement and complete.
Keywords: shape memory alloy; Ni-Ti; Medical Devices 0 引言 形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是近几十年发展起来的一种新型功能材料。这种材料最主要的特征是具有形状记忆效应,即材料经变形后再加热,当加热超过一定温度时,材料会自动恢复到它变形前的形状[1]。自1951年人们首次在Au-Cd合金上发现独特的记忆效应,1963年美国海军武器实验室发现TiNi合金具有形状记忆效应以来,经过30多年的研究与开发,形状记忆合金(SMA)已走向商品化阶段,目前已被广泛应用于工业自动化、能源、航空航天、医疗卫生、汽车、家电、土木工程、仪器仪表及机械制造等领域[2]。
1 形状记忆合金的记忆原理及基本特性 1.1 形状记忆合金的记忆原理 将在高温下处理成一定形状的金属急冷下来,在低温相状态下经塑性变形成另一种形状,然后再加热到高温相,即能成为稳定状态的温度时,通过马氏体逆相变恢复到低温塑性变形前形状的现象称为形状记忆效应。具有这种效应的金属,通常是由2种或2种以上的金属元素构成的合金,故称为形状记忆合金。形状记忆效应是由马氏体相变导致的,参与马氏体相变的高温相和低温相分别称为母相和马氏体相。形状恢复的驱动力是在加热温度下母相和马氏体相的自由能之差。
1.2 形状记忆合金的性能特点 与其他合金相比,形状记忆合金具有优良的形状记忆效应、卓越的超弹性、良好的阻尼特性及耐磨耐腐蚀等特性[4]。普通金属材料弹性一般不超过0.15%,而形状记忆合金则达20%或更高,故形状记忆合金又称为超弹性合金。目前关于SMA阻尼性能的研究还不够深入,从现有的研究成果可知,SMA具有优良的阻尼性能,其中具有马氏体、奥氏体混合组织的SMA阻尼性能最好。
2 形状记忆合金的发展概况 徐祖耀于1993年对形状记忆合金的发展史作过回顾。早在20世纪30年代就有发现形状记忆效应的报道。1951年Chang和Read在等原子比Au-Cd合金中用光学显微镜直接观察到马氏体随着温度变化而迁动。数年后Burkart又在TiNi合金中观察到同样的现象。然而,由于早期发现的具有SME的合金十分昂贵而几乎没有工业价值,人们把观察到的SME只是作为个别材料的特殊现象来对待而未引起足够的兴趣和重视。直到1963年美国海军军械实验室(Naval Ordance Laboratory)的Buehler博士在一次偶然的情况下发现近等原子比TiNi合金具有SME,并推出商品Nitinol合金,对SMA的研究才进入了一个新阶段。
20世纪70年代前后,在Cu基合金中发现了SME。Otsuka等人发现该类合金中的SME与热弹性马氏体相变密切相关。
进入20世纪70年代,在Fe基合金研究中也相继发现了SME。Kajiwara在1973年发现,母相无序的Fe,Pt合金在FccyBcc马氏体相变中C/A界面存在可逆运动,从而呈现SME。Enami在1975年报道,不锈钢中存在SME。同年在对Fe,Mn合金的研究中也发现SME。Kajiwara等人在对Fe,Ni,C合金的系统研究中发现,合金中的薄片状马氏体只要在变形时不发生塑性变形,就会呈现SME。20世纪80年代开发成功了FeMnSi系SMA,引发了人们对SMA的极大关注。到20世纪90年代,随着科技发展的需要,高温形状记忆合金、宽滞后形状记忆合金及合金薄膜等成为研究的热点。
对形状记忆合金的开发离不开机理的研究。大量的事实表明,SME与马氏体相变存在着不可分割的关系,且绝大部分材料具有记忆原始形状的特性应归功于发生热弹性相变。所谓热弹性马氏体相变是指在相变中化学驱动力仅克服弹性应变能,往往以相界面的正迁动形式实现正逆相变。因此,Wayman提出了三准则,即热弹性马氏体相变、母相有序及马氏体的孪晶亚结构或层错。然而,近年来开发的铁系(如FeMnSi系合金)等少数合金通过在无序母相中发生非弹性马氏体相变可显示出SME对Wayman三准则的挑战。FeMnSi系合金中C/E界面或Shockley不全位错a/6能作右逆迁动,但热滞高达100 K,因而FeMnSi系合金的CyE马氏体相变不完全符合热弹性马氏体相变特征。徐祖耀将其称为半热弹性马氏体相变。随着对SME机制的逐步深入研究,学术界对相变过程的晶体学可逆性、马氏体变体组合及其协调动作所形成的自协作方式等的认识取得了基本统一。已经表明,相变过程的晶体学可逆性不仅指通过逆相变达到晶格回复,而且相变过程中产生的各种缺陷随之消失。相变在晶体学上的可逆性是产生SME的必要条件。马氏体变体的自协作是减少相变应变能的普遍现象。变体协调的越好,越有利于SME。
形状记忆合金作为一种集感知和驱动为一体的新型功能材料,是智能材料结构的重要组员,具有重要的理论及应用研究价值。目前形状记忆合金研究论文数目已居马氏体相变研究领域之首,而且该材料的应用已涉及诸如电子、机械、能源、宇航、医疗及日常生活等领域,显示出强劲的发展势头。 3 医学领域中的形状记忆合金 目前在工业中具有实用价值的SMA按成分可分为TiNi基记忆合金、Cu基记忆合金及Fe基记忆合金3类,但最具有医用开发前景的只有镍钛基(TiNi基)记忆合金[3]。镍钛基合金除具有其他形状记忆合金共同具有的特性外,还具有优良的生物相容性、耐磨性及耐蚀性。虽然关于TiNi基合金的生物相容性的系统研究甚少,如一些研究只是把TiNi基合金埋植在动物(鼠、兔、狗)体内进行生物相容性实验和在体外进行细胞毒性实验,理论研究更少,然而一些研究结果表明,TiNi合金皮下埋植导致的生物组织反应最小,可以认为TiNi合金丝的生物相容性和不锈钢相同,并具有能埋植于深部组织的可能性。优良的特性使得TiNi基合金在医学领域中得到了广泛应用。
用于医学领域中的记忆合金必须满足化学和生物学等方面可靠性的要求。实验证明,现有记忆合金中仅有TiNi形状记忆合金满足上述条件,因此它是目前医学上使用的唯一一种记忆合金。因其具有奇特的形状记忆效应、生物相容性、超弹性及优良的耐磨性,所以它在临床和医疗器械等方面获得了广泛的应用。
3.1 TiNi形状记忆合金在治疗机械中的应用 从目前的研究成果来看,TiNi形状记忆合金元件的形状恢复力与其特征尺寸2次方成正比,且特征尺寸减小后其表面积增加,冷却加快,这些特性使得其在医疗器械领域中得到了较广泛的应用,主要表现在以下几个方面。 1.管道镜 用TiNi形状记忆合金作驱动力的管道镜可通过远程控制实现在各种复杂的人体管道内的运动,利用这种管道镜,外科医生可对血管等进行显微外科手术。 2.药物释放器 研究人员发明了可置入人体内的药物释放器,解决了需长期注射而给病人带来的各种痛苦与麻烦。其中药物释放器上的微型阀是用TiNi形状记忆合金元件作驱动器的。通过加热或冷却TiNi记忆合金元件控制微型阀的开闭。 3.触觉手套 由美国学者研制的利用TiNi形状记忆合金制造的能反映触觉和接触力大小的触觉手套,避免了在用微机械或机器人进行显微外科手术时,医生在控制过程中因手上没有一点感觉而常出错的现象。其主要原理:将传感器输出的信号转换成一定大小的加热电流,通过控制TiNi形状记忆合金元件的温度来控制作用在医生手上力的大小。 4.微型外科手术钳 用TiNi形状记忆合金制作的微型外科手术钳是由美国研究人员发明的,它可用于对脑瘤进行手术治疗,以防发生中风。 5.毛细管 用TiNi形状记忆合金做成的毛细管非常柔软,易弯曲,能在血管壁的导向作用下深入到人体各部位去,从而可对人体某个特定部位进行注射等治疗。此功能利用了TiNi形状记忆合金超弹性和低弹性模量的特点。 6.康复器械 人体四肢上的肌电信号与其想要实现的动作间存在一定的对应关系,然而四肢有残疾的人如何利用这种信号来控制假肢的运动?利用TiNi形状记忆合金做成的这类假肢就可解决这一问题。其基本原理是先将肌电信号转换成与其有一定对应关系的TiNi形状记忆合金加热电流,再控制加热电流就可控制TiNi形状记忆合金元件的温度,从而控制其形状。