“双级纳米结构”可在形状记忆合金中实现弹性储能

近日，西安交通大学材料学院强度室科研人员提出了一种“双级纳米结构”微观设计策略，在形状记忆合金中实现优异的弹性储能。相关研究成果发表在《先进材料》上。

对于自然界中的生物系统、工程领域的机械装置，比如控制动物快速运动的生物组织、微机电谐振器和驱动器等，弹性机械能的高效储存与释放是至关重要的。近年来，人造肌肉、跳跃机器人、无人机弹射系统的快速发展迫切需要具有高储能密度以及高能量效率的弹性材料。金属材料因具有高强度和优良加工性在弹性储能应用中占据重要地位，常被制成弹簧、发条等，然而其相对较低的弹性储能密度限制了其在设备小型化、集成化趋势下的进一步应用。

该研究策略通过构建预存纳米马氏体畴的纳米晶结构，基于无需形核的相变模式和晶界强化效应，同时实现高屈服强度、大弹性应变和低能量耗散。所开发的新型TiNiV形状记忆合金表现出超高弹性储能密度、能量效率以及优异的抗疲劳性。这种通过预先引入“相变种子”降低一级相变过程中的能量耗散，并利用晶粒细化提升材料强度，最终提升材料弹性储能的设计思路，有望拓展至其他相变体系，启发基于固态相变的其他功能特性的进一步优化，比如高介电储能、高效弹热制冷等。

研究通过构建预存纳米马氏体畴的纳米晶结构，基于无需形核的相变模式和晶界强化效应，同时实现高屈服强度、大弹性应变和低能量耗散。（课题组供图）

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202408275