Nitinol: เติบโตแข็งแรง สร้างสรรค์นวัตกรรมทางการแพทย์!

 Nitinol: เติบโตแข็งแรง สร้างสรรค์นวัตกรรมทางการแพทย์!

หากพูดถึงวัสดุวิศวกรรมพิเศษที่น่าสนใจ และมีความโดดเด่นในด้านสมบัติที่หาตัวจับยาก ย่อมต้องยกให้กับ Nitinol ซึ่งเป็นโลหะผสมชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อได้รับความร้อนหรือความเย็น การค้นพบและพัฒนา Nitinol นับว่าเป็นก้าวสำคัญในวงการวิศวกรรมวัสดุ และนำไปสู่การใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาการแพทย์

Nitinol เป็นโลหะผสมของนิกเกิล (Ni) และไทเทเนียม (Ti) ซึ่งมีอัตราส่วนอยู่ประมาณ 50:50 และมักจะมีองค์ประกอบอื่นๆ เพิ่มเข้ามาเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุ ตัวอย่างเช่น

  • นิกเกิล: ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน
  • ไทเทเนียม: มอบความยืดหยุ่นและความเหนียว
  • องค์ประกอบอื่นๆ เช่น คอปเปอร์, แอลลูมิเนียม: ปรับปรุงสมบัติทางกลและอุณหพลศาสตร์

สมบัติที่โดดเด่นที่สุดของ Nitinol คือ “เอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่าง” (Shape Memory Effect) ซึ่งหมายถึงวัสดุสามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมได้หลังจากถูกบิดงอหรือเปลี่ยนรูปร่าง เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคของ Nitinol เปลี่ยนแปลงเมื่อได้รับความร้อน

เมื่อ Nitinol ถูกทำให้เย็นลง (มาร์ทิเทนสิค) โครงสร้างจุลภาคจะเปลี่ยนเป็นแบบ “มาร์ทิเทนซิต” ซึ่งมีความยืดหยุ่นสูง เมื่อถูกให้ความร้อนขึ้น (ออสเตนิไทต์) โครงสร้างจุลภาคจะกลับไปเป็นแบบเดิม และวัสดุจะหดตัวหรือขยายตัวเพื่อกลับคืนสู่รูปร่างเดิม

นอกจากเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างแล้ว Nitinol ยังมี “เอฟเฟกต์หน่วยความจำแรง” (Superelasticity) ซึ่งหมายถึงวัสดุสามารถยืดออกได้มากโดยที่ยังคงรักษาความแข็งแรงไว้ เมื่อปล่อยให้กลับคืนสู่รูปร่างเดิม วัสดุจะทำการขยายตัวอย่างรวดเร็ว

คุณสมบัติเหล่านี้ของ Nitinol ทำให้มันเหมาะสำหรับการใช้งานในหลากหลาย 분야 เช่น:

1. อุปกรณ์ทางการแพทย์:

Nitinol ถูกใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ เช่น:

  • สเตนท์หัวใจ: สามารถขยายตัวเมื่อเข้าไปในหลอดเลือดเพื่อช่วยเปิดกั้นหลอดเลือดที่ตีบ
  • สายสวนยูรีเตอร์ (Ureteral stents): ช่วยรักษาการไหลของปัสสาวะจากไตไปยังกระเพาะปัสสาวะ
  • คลิปผ่าตัด: ใช้ในการรวบรวมและปิดแผล during surgical procedures

2. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:

Nitinol สามารถใช้ในการผลิต:

  • แอคชูเอเตอร์ (Actuators): เป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนการเคลื่อนไหวเป็นแรง

  • เซ็นเซอร์: สามารถตรวจจับความดัน, อุณหภูมิ หรือการเคลื่อนไหว

3. อุตสาหกรรมยานยนต์:

Nitinol

สามารถนำไปใช้ในการผลิต:

  • วาล์วนิวแมติก (Pneumatic valves):
  • ระบบกันสะเทือน: ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการขับขี่

การผลิต Nitinol

การผลิต Nitinol ต้องผ่านกระบวนการหลอม, การรีด และการอัดขึ้นรูป โดยมีขั้นตอนหลักๆ ดังนี้:

  1. การหลอมโลหะผสม: นิกเกิลและไทเทเนียมจะถูกหลอมรวมกันในอุณหภูมิสูง
  2. การรีด: วัสดุที่หลอมแล้วจะถูกรีดเพื่อสร้างรูปร่างและขนาดที่ต้องการ
  3. การอัดขึ้นรูป: วัสดุจะถูกอัดขึ้นรูปด้วยความร้อนและความดันเพื่อกำหนดโครงสร้างจุลภาค

หลังจากการผลิต Nitinol จะผ่านขั้นตอนการอบชุบ (Heat Treatment) เพื่อปรับปรุงสมบัติทางกล

ข้อดีของ Nitinol

  • ความแข็งแรงสูง: Nitinol มีความแข็งแรงที่ทัดเทียมกับเหล็ก

  • ความต้านทานการกัดกร่อน: สามารถทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าโลหะอื่นๆ

  • ความยืดหยุ่น: สามารถกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากถูกบิดงอหรือเปลี่ยนรูปร่าง

  • ความสามารถในการนำความร้อน:

ข้อเสียของ Nitinol

  • ราคาสูง: Nitinol มีราคาแพงกว่าโลหะอื่นๆ
  • ความยากในการขึ้นรูป: Nitinol ยากต่อการขึ้นรูปเมื่อเทียบกับโลหะอื่นๆ

Nitinol เป็นวัสดุวิศวกรรมพิเศษที่มีคุณสมบัติที่โดดเด่นและมีศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย

ในอนาคต คาดว่า Nitinol จะถูกนำไปใช้ในการผลิตอุปกรณ์และเทคโนโลยีใหม่ๆ