La capacité des alliages à mémoire de forme, utilisés comme matériaux pour les stents médicaux, pour revenir à leur forme d'origine après qu'une augmentation de température est supprimée à des tailles de grains nanométriques en raison d'effets liés à la plus grande proportion de joints de grains, selon un modèle mathématique développé par les chercheurs d'A*STAR. Cette découverte aide à expliquer la perte de mémoire de forme et à accroître notre compréhension des matériaux nanocristallins à mémoire de forme, ce qui conduira à des améliorations dans la conception de tels dispositifs.

« Les alliages à mémoire de forme sont couramment utilisés comme matériaux pour les stents médicaux en raison de leur mémoire de forme intéressante et de leurs propriétés mécaniques, et aussi dans d'autres applications biomédicales et d'ingénierie, " dit le chercheur principal, Rajeev Ahluwalia, de l'Institut de calcul haute performance A*STAR.

La mémoire de forme fait référence à la capacité d'un matériau à reprendre sa forme d'origine, généralement par chauffage, après des degrés de déformation relativement importants. Cette reprise de forme se produit parce que les atomes dans la structure cristalline du matériau changent leurs dispositions relatives lorsqu'il y a une diminution de la température, et retournent à leurs emplacements d'origine lors du réchauffage. Ce type de transformation « martensitique » peut être extrêmement utile dans diverses applications, mais expérimentalement, il a été découvert que cette transformation est supprimée lorsque les grains cristallins constitutifs approchent des dimensions nanométriques. Cela réduit potentiellement l'applicabilité des alliages à mémoire de forme à petite échelle.

Ahluwalia et son équipe ont développé un modèle mathématique de transformation martensitique qui reproduit avec succès la suppression observée expérimentalement de la transformation dans ces matériaux (voir image).

"Notre modèle montre que cette suppression de la transformation martensitique peut être attribuée à des effets joints de grains, " explique Ahluwalia. " Les limites des grains peuvent imposer une pénalité énergétique lors de la transformation, supprimer la transformation localement aux joints de grains, et conduisant à la suppression complète de la transformation dans les petits grains en dessous d'une taille de grain critique."

Tout en montrant que la transformation induite par la température est supprimée dans le régime nanograin, les découvertes de l'équipe ont également expliqué la réduction de « l'hystérésis mécanique » – la différence dans la façon dont un matériau se déforme sous une force donnée selon qu'il est en train de charger ou de décharger – à mesure que la taille des grains diminue. Cela implique une perte d'énergie réduite et une fatigue mécanique réduite - des propriétés souhaitables qui peuvent être obtenues en diminuant la taille des grains.

"Comprendre la cause derrière ces comportements intéressants à de petites tailles de grains nous donne un moyen de concevoir des microstructures de matériaux ayant des propriétés souhaitables, " dit Ahluwalia.