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:
- การหลอมโลหะผสม: นิกเกิลและไทเทเนียมจะถูกหลอมรวมกันในอุณหภูมิสูง
- การรีด: วัสดุที่หลอมแล้วจะถูกรีดเพื่อสร้างรูปร่างและขนาดที่ต้องการ
- 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