《Nature》：开辟新应用范围！由氧化锆变种的新型形状记忆材料

氧化锆陶瓷材料Zirconia ceramics，ZrO2表现出马氏体相变，能够产生10%量级的较大应变，使其在高温下具有形状记忆和超弹性应用的前景。

类似于其他马氏体材料，这种相变应变transformation strain，可以通过仔细合金化来设计，以产生具有减少的滞后（加热和冷却时转变温度的差异）更相称的转变。

然而，在氧化锆中，这种“晶格工程”因额外的物理限制而变得复杂：其次需要管理较大的相变体积变化，并实现足够高的相变温度，以避免动力学障碍。

美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）Edward L. Pang，Gregory B. Olson，Christopher A. Schuh，在Nature上发文的，提出了一种将晶格工程方法扩展到马氏体设计的方法，以解决这些额外的限制，结合现代计算热力学和数据科学工具，以跨越尚无数据的复杂多组分空间。

研究结果，获得了一种新的氧化锆组合物，其具有15K记录低滞后，与典型值相比，其相变滞后小大约十倍（并且比迄今为止报道的最佳值小大约五倍）。

这一研究发现表明，氧化锆陶瓷，可以表现出与广泛使用的形状记忆合金相当的滞后值，为其用作可行的高温形状记忆材料，铺平了道路。

Low-hysteresis shape-memory ceramics designed by multimode modelling.

多模模型设计的低滞后形状记忆陶瓷

图1：结合机器学习、计算热力学和晶格工程的多方面建模方法，预测新型氧化锆ZrO2陶瓷基复合材料的形状记忆特性。

图2：不同掺杂剂，对二元系ZrO2形状记忆陶瓷的马氏体相变开始温度martensite start temperature，Ms、体积变化（ΔV/V）和相变拉伸张量的中间本征值middle eigenvalue of the transformation stretch tensor，λ2的影响。

图3：复相陶瓷材料ZrO2-TiO2-AlO1.5体系中，优选组成的表征。

图4：氧化锆ZrO2形状记忆陶瓷的低热滞后效应Low thermal hysteresis。

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