• Title, Summary, Keyword: 형상기억효과

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의료용 Ti-Ni 합금의 개발 동향

  • Nam, Tae-Hyeon
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • pp.7-7
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    • 2010
  • 형상기억합금은 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문에 학문적으로 공업적으로 큰 흥미를 끌어왔다. 형상 기억효과는 Au-Cd 합금과 Cu-Zn 합금에서 최초로 발견되었지만 당시에는 크게 주목을 받지 못하였다. 그 후 1962년 Ti-Ni 합금에서 형상기억효과가 발견된 이래로 크게 주목을 받게 되었고, 곧바로 상용화를 위한 노력이 이어져 리벳, 열엔진, 커플링, 회로차단기 등에 적용이 시도되었다. 현재까지 약 300여종에 이르는 형상기억합금이 개발되어 있지만 형상기억효과의 안정성, 우수성, 내식성, 가공성, 내피로성, 내마모성이 우수한 Ti-Ni 합금이 가장 실용화에 적합한 합금으로 인식되고 있다. Ti-Ni합금은 1960년대에 개발되었지만 의료분야에 적용되기 시작한 것은 1980년대이고, 그 후 미국의 FDA가 Ti-Ni 합금으로 제조된 몇몇 3급(Class III) 임플란트를 인증하면서 시장규모도 폭발적으로 증가하고 있다. 일본의 경우 1980년대 초부터 Ti-Ni 합금을 치과용 임플란트로써 사용하여 왔, 독일, 중국, 러시아도 1980년대부터 임상에 적용해 왔다. 우리나라는 2004년 식약청(식품의약안정청)으로부터 제조 및 판매가 허가되어 현재 실제 임상에 적용되고 있다. 이와 같이 Ti-Ni 합금이 의료용 금속재료로서 널리 쓰이게 된 가장 근본적인 이유는 말할 나위 없이 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문이다. 본 강연에서는 Ti-Ni 합금을 의료용 금속재료의 입장에서 재조명해보고, 본 합금이 의료용 금속재료로서 어떠한 장점이 있으며, 그러한 장점을 의료분야에서 어떻게 응용하고 있는가에 대해 소개하고자 한다. 또한 의료용 Ti-Ni 합금에서 향후 개선되어야 할 요소에 대해서도 논의하고자 한다.

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형상기억합금의 결정구조가 인장특성에 미치는 영향 연구

  • 여동진;윤성호
    • Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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    • pp.93-93
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    • 2004
  • 형상기억합금은 2원 또는 3원 합금에 의해 외력과 온도 변화에 따라 오스테나이트 상과 마르텐사이트 상으로의 상변환을 유발한다. 이와 같은 형상기억합금은 두 가지의 고유한 특성으로 인해 최근에는 의학용 기구나 소형 액츄에이트 및 여러 분야에서 적용되어지고 있다. 이때 형상기억합금의 고유한 특성은 모상인 오스테나이트 상의 형상을 기억하여 외력에 의해 마르텐사이트 상으로 변형된 후에도 오스테나이트 종료온도 이상으로 가열하게 되면 원래의 형상으로 되돌아가는 형상기억 효과와 오스테나이트 종료온도 이상에서 넓은 탄성 영역을 가지는 초탄성 효과 등이다.(중략)

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An Analytical Study on Prestrain and Shape Memory Effect of Composite Reinforced with Shape Memory Alloy (형상기억합금 강화 복합재의 사전 변형률과 형상기억 효과에 대한 이론적 고찰)

  • 이재곤;김진곤;김기대
    • Composites Research
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    • v.17 no.5
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    • pp.54-60
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    • 2004
  • A new three-dimensional model for predicting the relationship between the prestrain of the composite and the amount of phase transformation of shape memory alloy inducing shape memory effect has been proposed by using Eshelby's equivalent inclusion method with Mori-Tanaka's mean field theory. The model composite is aluminum matrix reinforced with short TiNi fiber shape memory alloy, where the matrix is work-hardening material of power-law type. The analytical results predicted by the current model show that most of the prestrain is induced by the plastic deformation of the matrix, except the small prestrain region. The strengthening mechanism of the composite by the shape memory effect should be explained by excluding its increase of yield stress due to the work-hardening effect of the matrix.

Manufacturing of Smart Breathable Fabrics and Vibration-Controlled Fiber Reinforced Composites Using Shape Memory Polymers (형상기억수지를 이용한 지능형 투습방수직물 및 진동제어 섬유복합재료의 제조)

  • 정용채;양재흥;전병철;정용찬;조재환
    • Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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    • pp.433-436
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    • 2002
  • 형상기억재료는 형상기억효과, 회복변형효과, 형상고청효과, 진동제어효과 등의 특성으로 인하여 중요한 지능재료(smart materials)의 하나로 기대되고 있다. 형상기억 재료로는 합금, 세라믹, 고분자, 겔 등을 들 수 있지만 Ti-Ni 합금(Nitinol)이 가장 많이 이용되고 있다. 그러나 형상기억고분자는 형상기억합금에 비하여 가볍고 형상회복률이 높으며 가공이 쉽고 투명할 뿐만 아니라 염색이 가능하기 때문에 물성과 경제적인 면에서 유리하다. (중략)

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형상기억합금의 특성 및 응용

  • Lee, In;Yang, Seung-Man
    • Journal of the KSME
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    • v.44 no.6
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    • pp.34-39
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    • 2004
  • 형상기억합금(SMA : Shape Memory Alloy)은 일반적인 금속이나 합금에서는 찾아볼 수 없는 형상기억효과(shape memory effect)와 초탄성 (superelasticity) 거동을 보이고 있다. 이러한 특성은 1951년에 금-카드뮴(Au-Cd) 합금에서 처음으로 발견되었으며, 1963년에 미국 해군병기연구소(Naval Ordnance Laboratory)에서 니켈-티타늄 (Ni-Ti) 합금에서 형상기억효과를 발견한 후로 널리 상용화되었다. 니티놀(nitinol)이라고 불려지는 니켈-티타늄 계열의 형상기억합금은 단위 부피당 많은 에너지를 낼 수 있고, 내 부식성(corrosion resistance)과 생화학적 적합성(bio-compatibility)이 뛰어나다. 또한 100,000사이클 이상의 긴 사용수명을 갖기 때문에 작동기(actuator)로서 우수한 특징을 갖는다. (중략)

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An Application of Smart Composite for Health Monitoring (Health Monitoring을 위한 스마트 복합재료의 적용)

  • Lee, Jin-Kyung;Ha, Young-Joon;Park, Young-Chul;Lee, Joon-Hyun;Lee, Sang-Pill
    • Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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    • v.27 no.4
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    • pp.328-338
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    • 2007
  • One of main advantages of composite using smart material as reinforcement can be controlled cracks behavior inside the composite. If the smart composite is applied as part of the structure, the use of the shape memory effect of the smart material is the best way to protect the propagation of cracks generated in the structure while use. In this study, the optical manufacturing conditions for the smart composite were derived. In order to evaluate the shape memory effect by shape memory alloy, the tensile load was applied to the smart composite and stress distribution was inspected. And then, the smart composite was heated to a certain temperature and the shape memory alloy would shrink to the original shape. Finally, at this point the recovering status of stress using photoelastic instrument was discussed.

The Applications of Shape Memory Polymer (형상기억고분자의 응용)

  • Lee, S.S.;Lim, S.C.;Park, C.W.;Jung, S.W.;Na, B.S.;Oh, J.Y.;Koo, J.B.;Chu, H.Y.
    • Electronics and Telecommunications Trends
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    • v.28 no.5
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    • pp.24-33
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    • 2013
  • 형상기억 물질은 임의의 형상을 유지하다 외부의 자극에 의하여 원래의 형상으로 회복되는 물질이다. 이와 같은 형상기억 물질은 형상기억합금과 형상기억고분자로 대별되며, 형상기억효과를 응용하려는 용도 및 특성에 따라 선택되어 사용되고 있다. 본고에서는 형상기억합금과 형상기억고분자의 특성 및 원리에 대해 정리하였으며, 형상기억합금에 비해 가볍고 저렴하며 외부 자극의 종류도 다양하게 선택할 수 있는 형상기억고분자의 용도를 정리하였다. 향후 형상기억고분자는 wearable 디스플레이, 태양광 패널 및 비침습성 의학소자 등 그 용도가 다양할 것으로 전망된다.

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Thermomechanical Characteristics of SMAs with Strain-rate Dependence (변형률 효과를 고려한 형상기억합금의 열-기계적 특성)

  • Roh, Jin-Ho
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.38 no.2
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    • pp.129-134
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    • 2010
  • The influence of the strain-rate on the thermomechanical characteristics of shape memory alloys (SMAs) is numerically investigated. The three-dimensional SMA constitutive equations of strain-rate effect is developed. The strain-rate effect is taken into account by introducing a coupling equation between the production rate of martensite and the temperature change. For the numerical results, the SMA algorithm is implemented into the ABAQUS finite element program. Numerical simulation shows that the pseudoelasticity of SMA may significantly be changed by considering the strain-rate due to the temperature change.

Ti-50.4 at% Ni 합금의 형상기억특성에 미치는 냉간가공률의 영향

  • Go, Won-Gi;Kim, Jae-Il;Park, Su-Ho;Kim, So-Jin;Kim, Hyeon;Lee, Gi-Yeong
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • pp.106.2-106.2
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    • 2012
  • Ti-Ni합금은 CsCl구조의 B2상, monoclinic 구조의 B19'(M)상과 rhombohedral 구조의 R상(R)이 나타난다고 알려져 있고, 이들 상의 변태에 의해 열탄성 마르텐사이트와 응력유기 마르텐사이트에 의한 형상기억효과와 초탄성 효과를 가지고 있다. 또한 Ti-Ni 합금은 우수한 형상기억특성을 가질 뿐만 아니라 생체적합성, 가공성 및 내식성 등이 뛰어나 공업분야 및 생체분야에서 폭 넓게 활용되고 있다. Ti-Ni합금의 형상기억특성은 냉간가공 후 어닐링 처리의 온도와 시간에 따른 matrix 내 Ni의 농도, 석출물의 밀도와 크기, 전위밀도와 전위주위의 응력장에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti-Ni합금의 형상기억 특성 및 변태온도에 미치는 영향을 조사하기 위해 다양한 냉간가공률의 시료를 제작하여 다양한 온도에서 Annealing 처리를 하여 냉간가공률 및 Annealing 온도가 형상기억특성에 미치는 영향을 조사하였다. Ti-50.4 at.% Ni 합금은 진공 아크 용해로에서 용해 하였으며, 용해된 Ingot는 열간단조 및 열간 압출한 후 냉간 인발과 중간온도에서 어닐링을 반복하면서 직경 0.5mm의 선재로 만들었다. 최종적으로 제작한 선재의 냉간가공률은 9.5%, 18.2%, 34.5%, 45% 이었다. 각 시편은 5X10-5torr의 진공으로 석영관에 진공 봉입하여 각각 673K, 723K, 783K에서 1hr 열처리 하였다. 합금의 형상기억특성과 변태온도는 DSC에 의해 조사되었다. DSC 측정 결과, 냉간가공률이 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 감소하였고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 증가하였다. 또한 가공률이 증가하여도 R상 변태온도는 큰 변화가 없었고, Annealing온도가 증가함에 따라 R상 변태온도는 감소하였다. 또한, 형상기억특성은 인장시험기를 이용한 정하중 열싸이클 테스트를 이용하여 평가 하였다. 냉간 가공률이 증가함에 따라 안정한 형상기억특성을 나타내었다.

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Preparation and Characterization of Shape Memory Polyurethane Nanofibers Using Electrospinning (전기방사를 이용한 형상기억 폴리우레탄 나노섬유의 제조 및 고찰)

  • 정용채;김정원;전병철;정용찬;윤영상;조재환
    • Proceedings of the Korean Fiber Society Conference
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    • pp.255-256
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    • 2003
  • 열가소성 폴리우레탄 공중합체는 가역적 변형을 갖는 soft segment와 물리적 가교역할을 하는 hard segment로 이루어져 있으며, 이들 두 segment domain의 상분리에 의하여 우수한 탄성효과를 발휘할 수 있으며 또한 적당한 구조제어에 의하여 형상기억효과를 나타내게 할 수 있다. 본 연구자들은 최근 형상기억 폴리우레탄 제조에 있어 soft segment의 배열을 달리함으로써 보다 우수한 역학적 성질을 갖는 시료를 얻을 수 있음을 보고하였다. (중략)

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