تاریخچه :
در سال 1932 مشاهدات ثبت شده درباره پدیده حافظه داری شکلی توسط Change و Read انجام شد. آنها وارون پذیری حافظه شکلی را در AuCd از طریق مطالعات فلز شناسی و تغییرات مقاومت آلیاژ ، بررسی کردند
در سال 1956 مشاهدات و نتایج تحقیقات مربوط به تز دکترای Horbojen در موضوع اثر حافظه دار در آلیاژCu-Zn منتشر شد. . در سال 1962 Buhler و همکارانش ،به بررسی پدیده حافظه داری شکلی در آلیاژ تیتانیم و نیکل که دارای اتمهای برابر می باشند پرداختند. در این هنگام تحقیق درباره متالورژی و کاربردهای عملی اولیه آن به طور جدی آغاز شد.
در سال 1967 در کنفرانس Nol ،Buhler و همکارانش تحقیقات گسترده خود را بر روی Nitionol و کاربردهای تجاری فراوان در صنایع ارائه دادند . از جمله کاربردهای مطرح شده ساخت کوپلینگ توسط شرکت Raychem برای اتصال لوله های هیدرولیکی می باشد. که در صنایع هوایی و نیروی دریایی ایالات متحده و همچنین در حوزه های نفتی دریای شمال مورد استفاده قرار گرفت.
در سال 1980 میلادی Micheal و Hawt با انتشار مقاله ای از نتایج تحقیقات خودشان بر روی برنج آنرا به عنوان ماده جدید حافظه دار معرفی کردند.

مقدمه :
در پدیده حافظه داری، نمونه در حالت کاملاً مارتنزیتی به مقدار معینی تغییر فرم داده می شود سپس با گرم کردن نمونه و برگشت آن به حالت آستینی، شکل نمونه نیز به حالت اول خود بر گردد .

شکل(1) چگونگی پدیده حافظه داری شکل را با تبدیل دو فاز آستنیت و مارتنزیت به یکدیگر نشان می دهد.
بررسی بر روی تغییر حالت متالورژیکی نمونه جامد ، تغییر آرایش اتم ها بدون هیچگونه تغییری در ترکیب شیمیایی فاز زمینه را نشان می دهد. این تغییر آرایش منجر به ایجاد ساختار کریستالی فاز جدید و پایدار می شود. پیشرفت تغییر حالت بدون نیاز به حرکت و جابجایی اتمها به صورت مجزا ، را می توان مستقل از زمان دانست و به همین دلیل می توان وابستگی دما را به عنوان تنها عامل پیشرفت این تغییر نشان داد.

1- تغییر حالت های مارتنزیتی و پدیده حافظه دار شدن:
تغییر حالت متالورژیکی جامدات از دو طریقه زیر امکان پذیر است .
1) حرکت و جابجایی اتم ها وابسته به درجه حرارت و زمان با تغییر در ترکیب شیمیایی فاز جدید نسبت به زمینه قبلی.
2) تغییر آرایش اتمی به صورت هماهنگ وابسته به دما و بدون وابستگی به زمان و هیچگونه تغییری در ترکیب شیمیایی فاز جدید نسبت به زمینه قبلی .
تغییر حالت های مارتنزیتی به طریقه دوم مرتبط است و دارای مشخصات زیر است:
1) تغییر مکان به صورت شبه برشی می باشد و در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهی جابجا می شود.
2) دیفوزیون اتمی در آن اتفاق نمی افتد.
رفتار حافظه دار شدن کاملاً به مشخصه اول مرتبط بوده و نظم اتم های آلیاژ نباید به هم بخورد.

2- کریستالوگرافی مارتنزیتی:
تغییر حالت تبدیل آستنیت به مارتنزیت از لحاظ کریستالوگرافی در سه مرحله قابل بررسی است .
1- تغییر فرم شبکه ای
2- برش ناهمگن
3- دوران شبکه ای
فرآیند تبدیل آستنیت به مارتنزیت در مرحله تغییر فرم شبکه ای در این مرحله اتم ها با جابه جایی جزئی و هماهنگ، پیشروی فصل مشترک از هر لایه اتمی را موجب می شوند.

باید توجه داشت پدیده حافظه داری بدون تغییر حجم و تغییر شکل امکان پذیر بوده و برش ناهمگن توجیه کننده این مطالب می باشد.
برش ناهمگن در مارتنزیت به دو طریق امکان پذیر است :
1) مکانیزیم لغزش یافتن صفحات اتمی
2) مکانیزیم تشکیل دوقلویی ها

تصاویر نشان داده شده چگونگی انطباق فاز مارتنزیت بر فاز آستنیت را در هنگام جابجایی جزیی و گروهی اتمها با حفظ شبکه کریستالی نشان می دهد.
باید توجه داشت که لغزش صفحات اتمی به علت شکسته شدن باند های اتمی بعنوان مکانیزیم تغییر فرم پلاستیک دائم محسوب می شود، در صورتی که در مکانیزیم دو قلویی به علت انرژی پایین مرز دوقلویی و برخورداری از تحرک و لغزندگی نسبی تغییر فرم غیر دائم است. در آلیاژهای حافظه دار ، کرنش های ناشی از تغییر حالت در اثر تشکیل یک جفت از دوقلویی های دو طرف مرز ذخیره سازی می شوند و برای برگشت پذیری از آن استفاده می شود.

شکل 4) مرز دوقلویی را نمایش می دهد و هر یک از دوقلویی های دو طرف مرز دوقلویی یک وا ریانت را شامل می شود. در صورت وارد کردن تنش برشی به مرز دو قلویی باعث حرکت یکی از واریانت ها شده و واریانت دیگری حذف می شود.(شکل 4 ،B) این روند می تواند تا تبدیل تمامی واریانت به یک واریانت واحد ادامه یابد(شکل 4، C) .
بررسی پدیده حافظه داری در تک کریستال آستنیت 

مرحله اول همانطور که از شکل پیداست بعد از سرد کردن کریستال در زیر دمای M_fواریانت های A و B و C و D تشکیل می شوند مرحله دوم با وارد کردن تنش به کریستال ، واریانتها شروع به حرکت و حذف شدن می کنند تا واریانت واحد A تشکیل گردد. حین تشکیل واریانت واحد A کرنش هایی در جهت واریانتA ذخیره می شود. مرحله سوم مربوط به حرارت دادن کریستال نمونه برای تبدیل مارتنزیت به آستینت می باشد از آنجاییکه کرنش ها تنها در جهت واریانت A ذخیره شده اند، پس تنها مسیر برای برگشت پذیری، واریانت A می باشد و نمونه به شکل اولیه خود باز می گردد.

3- رفتار ترمومکانیکی:
آلیاژ های حافظه دار در درجه حرارت های مختلف دارای خصوصیات مکانیکی بسیاری می باشند در شکل 6 منحنی های ساده تنش - کرنش برای آلیاژ تیتانیم- نیکل مشاهده می شود. آلیاژ در دماهای پایین ، متوسط و بالای دمای استحاله مورد آزمایش قرار گرفته است. تغییر شکل در مارتنزیت با چند در صد کرنش و تنش فشاری نسبتاً کم دیده می شود . در حالیکه آستنیت در درجه حرارت بالا نیاز به تنش نسبتا زیادی برای تغییر شکل دارد. خط چین روی منحنی مارتنزیت نمایانگر برگشت پذیری آلیاژ بعد از برداشتن تنش وارد شده بعد از گرم کردن نمونه و تبدیل به فاز آستنیت می باشد ولی چنانچه که مشاهده می شود در منحنی مربوط به آستینت با برداشتن تنش و گرم کردن نمونه امکان برگشت پذیری وجود ندارد.

4- خاصیت ارتجاعی کاذب:
خصوصیت جالب توجه درباره منحنی تنش - کرنش درقسمت منحنی C دیده می شود.به طوری که پس از حرارت دادن نمونه کمی بالاتر از درجه حرارت انتقال ، در درجه حرارت بالایA_f به نمونه در فاز مارتنزیت تنش وارد می شود. با افزایش مقدار تنش ، تغییر شکل نیز به صورت یکنواخت افزایش می یابد (منحنی AB). در این هنگام رفتار تغییر شکل و تنش پایداری مشاهده می شود با کاهش تنش( منحنی (CD مارتنزیت به آستینت تبدیل می شود باید توجه داشت که برگشت پذیری انجام شده به خاطر تغییر حرارت نمونه نمی باشد و دلیل آن کاهش فشار است. این پدیده را که موجب می شود آلیاژ خاصیت کشسانی نامحدود پیدا کند به عنوان خاصیت ارتجاعی کاذب نامیده می شود.

5- اثر حافظه دار یک طرفه و دو طرفه:
الف )اثر حافظه دار یک طرفه :
در صورتیکه اثر حافظه داری فقط بعد از تغییر شکل در حالت مارتنزیتی و سپس در سیکل گرم کردن مشاهده شود به آن اثر حافظه یک طرفه گفته می شود. این بدان معنی است که در این حالت تغییر شکل ایجاد شده ، فقط با گرم کردن به حالت اولیه قبل از تغییر شکل باز می گردد و چنانچه جسم را دوباره سرد کنیم تغییری در شکل آن حاصل نمی شود

همانطور که در تصویر مشاهده می شود ابتدا فنر در دمای M_f به مقدار معینی تغییر فرم داده می شود به صورتیکه تغییر فرم دائمی در آن باقی بماند حال اگر فنر تغییر فرم داده شده را تا دمای A_f حرارت دهیم مجدداً به شکل اولیه خود بر می گردد و در سیکل سرد شدن تا دمای M_f هیچگونه تغییر شکلی در فنـــر مشاهده نمی شود. .

ب)اثر حافظه دار دو طرفه :
برگشت پذیری به حالت اولیه خود در اثر سرد و گرم کردن آلیاژ های حافظه دار دو طرفه در بازه معینی از دما امکان پذیر است .

همانطور که مشاهده می شود اگر فنر گرم شود باز شده و در سیکل سرد شدن مجدداً به شکل جمع شده در می آید.
باید توجه داشت که آلیاژ های حافظه دار برای اینکه اثر حافظه دار دو طرفه از خود نشان دهند نیاز به انجام عملیات ترمومکانیکی خاصی بر روی آنها می باشد.
6- ساخت آلیاژ های حافظه دار :
روش های اصلی ساخت آلیاژ های حافظه دار در دو گروه عمده قابل بررسی است:
الف) ساخت آلیاژ به طریقه ذوب و ریخته گری با استفاده از کوره های القایی و کوره های مقاومتی
ب) ساخت آلیاژ به طریقه متالورژی پودر
برای تولید آلیاژ های حافظه دار درتناژهای بالا و تجارتی ، از روش ذوب و ریخته گری استفاده می شود.

7-کاربرد آلیاژهای حافظه دار درمهندسی پزشکی:
کاربرد پزشکی آلیاژ های حافظه دار به عنوان یک عملگر با اثر باقیمانده در داخل بدن قابل بررسی است آلیاژی که در بدن افراد برای بهبود رفتار بالینی اعضای آنها بکار گرفته شده است نباید مولد هیچ گونه حساسیتی باشد علاوه بر آن آلیاژ بکارگرفته شده نباید به صورت ذراتی از یون آن ماده وارد خون شخص گیرنده این گونه آلیاژها شود.
جنبه های متعددی شامل شاخص های مزاجی افراد همچون سن ، قوای بدن و سلامتی و خصوصیات شیمیایی مواد همانند خوردگی ، تخلخل پذیری سطح ، تأثیرات سمی و عناصر موجود در مواد به منظور پذیرش مواد مذکور در بدن افراد باید مورد بررسی قرار گیرند.
تحقیقات متعددی در مورد تولید و بکارگیری آلیاژهای حافظه دار با کاربرد پزشکی با پایه عنصری Ni-Ti انجام پذیرفته است . این تحقیقات نشان می دهد که آلیاژNi-Ti در کاربرد و استفاده، نسبت به بقیه آلیاژها از موقعیت خوبی برخوردار است.
تحلیل خواص آلیاژ Ni-Ti با بررسی خواص جداگانه نیکل و تیتانیم امکان پذیر است .
نیکل رنگ سفید نقره ای براق دارد و فلزی است سمی ، شکننده که از قابلیت پولیش خوبی برخوردار است این فلز جز ء فلزات غیر آهنی سنگین با جرم مخصوKg/dm³  9/8 و نقطه ذوب 1455 می باشد و در مقابل خوردگی بسیار مقاوم بوده و به وسیله آهن ربا جذب می شود. همچنین در مقابل حرارت و ضربه مقاومت خوبی نشان می دهد موارد استفاده آن شامل پوشش محافظ در آبکاری فلزات ، تولید فولادهای آلیاژی و غیره می باشد.
تیتانیم فلزی است نقره فام مایل به خاکستری و جزء فلزات غیر آهنی سبک است و جرم مخصوص آنKg/dm³ 5/4 و نقطه ذوب آن 1670 می باشد. مقاومت در مقابل خوردگی و سایش و استحکام زیاد آن موجب کاربرد در ساخت قطعات هواپیما ، سفینه فضایی ، لوازم نظامی و جراحی شده است. آلیاژهای تیتانیم دار فلز اصلی ساختمان هواپیمای مافوق صوت را تشکیل می دهد . تیتانیوم بر خلاف نیکل در پزشکی بسیار مؤثر عمل می کند ، علاوه بر این با توجه به خواص بسیار خوب مکانیکی برای اصلاح دندان های کج و همچنین ترمیم استخوان های آسیب دیده کاربرد فراوان دارد.
بررسی تحقیقات خواص بالینی آلیاژ Ni-Ti چگونگی کنترل مقاومت در مقابل خوردگی و عوامل خارجی مؤثر بر این آلیاژ را نشان می دهد.

8-موارد استفاده پزشکی از آلیاژ Ni-Ti:
الف) کاربردهای مربوط به قلب و عروق
فیلتر سیمون نسل جدیدی از وسایل استفاده شده برای جلوگیری از انسداد جریان خون می باشد افرادی که قادر به استفاده از داروهای ضد انعقاد خون نمی باشند، استفاده کننده های اصلی این فیلتر می باشند. هدف استفاده از این وسیله تصفیه خون داخل رگ می باشد و فیلتر سیمون کمک می کند لخته های بوجود آمده در خون حل شود.
اما نصب فیلتر در داخل بدن اشخاص با به کار گیری از تأثیرات آلیاژهای حافظه دار امکان پذیر است برای این منظور فیلتر رابا تغییر شکل برروی سوند قرار می دهند.جریان محلول نمکی در داخل سوند موجب تثبیت دمای فیلتر با درجه حرارت معمولی می شود و زمانی که فیلتر در محل تعیین شده قرار گرفت با توقف جریان محلول نمکی در داخل سوند درجه حرارت بالا می رود و فیلتر تغییر شکل داده شده به شکل اصلی (اولیه) خود بر می گردد در این زمان فیلتر از نوک سوند نیز جدا شده است.

مسدودکننده سوراخ دیواره دهلیزی: از این وسیله برای مسدود کردن سوراخ دیواره دهلیزی که بین دو دهلیز چپ و راست ایجاد می شود استفاده می گردد.

باید توجه داشت وجود این سوراخ غیر عادی است و امید ادامه زندگی را برای افراد کاهش می دهد در روش جراحی معمول ، رفع این عیب مستلزم شکافتن سینه بیماروسپس عمل بخیه کردن سوراخ صورت می گیرد ، که به طور طبیعی خطرات ناشی از عمل جراحی و همچنین امکان بروز حوادث غیر منتظره در حین جراحی اجتناب ناپذیر بوده و راه حل آن استفاده از اثر آلیاژهای حافظه دار می باشد. این وسیله از سیم هایی با خاصیت حافظه داری و فیلم ضد آب که روی آن نصب شده است، تشکیل می شود. برای نصب این وسیله در داخل قلب ابتدا نیمه اول آن وارد بطن چپ شده وبه شکل اولیه خود بر می گردد و در ادامه نیمه دوم که در بطن راست قرار می گیرد تغییر شکل یافته ، به شکل اولیه خود بر می گردد. در انتها هر دو نیمه به دیواره بطنی متصل شده اند . به طوری که از ورود جریان خون از دو بطن به یکدیگر جلوگیری می شود.

استنت های باز شونده خودکار نیز از جمله وسایل مهمی است که در حفظ قطر داخلی رگ های تنگ شده و کاهش قطر و بسته شدن آنها کاربرد دارد . استنت ها به شکل استوانه های توری ساخته می شوند و متناسب بانوع و محل کاربرد دارای اقطار متفاوتی می باشند.

از جمله محل های مورد استفاده از استنت ها سرخرگ ، سیاهرگ، رگ های خونی ،مجاری ، صفراوی و مری می باشد. برای نصب در داخل عروق ابتدا فاز مارتنزیتی از شکل اصلی به حالت متراکم شده تبدیل و پس از قرار دادن در محل مورد نظر به شکل خود بر می گردد.

ب) کاربردهای ارتوپدی
از آلیاژهای حافظه دار (SMA) به عنوان فضا گیر یا spacer بین مهره های ستون فقرات در حین عمل جراحی استفاده می شود که موجب استحکام ما بین دو مهره در حین بهبودی بعد از تغییر شکل ایجاد شده در جراحی اسکولیدز می شود .

ترمیم و بهبود شکستگی استخوان از دیگر کاربردهای ارتوپدی آلیاژ های حافظه دار می باشد. انواع مختلفی از بست های با خاصیت حافظه داری در ترمیم شکستگی یا ترک استخوان ساخته شده است. بست ها به صورت باز شده در محل شکستگی یا ترک معمولاً پیچ شوند. با کمک گرما بست ها به گونه ای تغییر شکل می یابند که دو طرف شکستگی یا ترک را با هم یکی کرده و می فشرند. گرمای ایجاد شده را می توان به کمک یک وسیله خارجی به آلیاژ منتقل کرد. نیروی ایجاد شده در اثر تغییر شکل آلیاژ به بهبود سریعتر شکستگی یا ترک می انجامد .

عموماً از این بست ها در مواقعی استفاده می شود که محل شکستگی یا ترک را نتوان گچ گرفت، مانند نواحی صورت شامل، بینی ، فک و حفره چشم از جمله محل های مورد کاربرد می باشند.
از دیگر کاربردهای ارتوپدی اثرات آلیاژ های حافظه دار در فیزیوتراپی عضلات ضعیف می باشد . تصویر 16 دستکشی را نشان می دهد که سیم هایی باخاصیت حافظه داری بر روی ناحیه انگشتان دستکش واقع شده است. که موجب تقویت حرکت عضلات و برقراری دامنه مناسب حرکات مفصلی با استفاده از خاصیت حافظه داری سیم های دستکش استفاده می شود به طوریکه با گرم کردن سیم طول سیم ها کوتاه شده و انگشتان به داخل خم می شوند و با سردکردن طول سیم ها زیاد شده و انگشتان کاملا‌ً کشیده می شوند . این پدیده برای به کار انداختن مفاصل نیمه ثابت استفاده می شود.

ج) کاربرد آلیاژ های حافظه دار در وسایل جراحی
در راستای تولید وسیع ابزارهای جراحی در سال های اخیر ابزارهای جراحی حافظه دار قابل توجهی تولید شده است که به شرح تعدادی از آنها پرداخته می شود.
1- سبد حافظه دار برای خارج کردن سنگ های مثانه و صفراوی مورد استفاده قرار می گیرد. مراحل نصب آن شبیه فیلتر سایمون مـی باشد .

کاربرد پمپ بالونی داخل آئورت  برای جلوگیری از مسدود شدن رگ های خونی در هنگام آنژیوپلاستی می شود این وسیله داری تیوب با اثر حافظه داری است وعملکرد آن با مواد پلی مری که خاصیت ارتجاعی دارند قابل مقایسه است.
شکل 19 انواع انبرک های شامل انبرک های قیچی دار و پنس مورد استفاده در لاپاراسکوپی را نشان می دهد. دقت و نرمی در حرکت از جمله خصوصیات این ابزار می باشد.

9-نتیجه گیری:
1-تغییر حالت مارتنزیتی به طریقه دوم تغییر حالت متالورژیکی جامدات مربوط بوده و در آن تغییر آرایش اتمی بدون هیچ وابستگی به زمان و تغییری در ترکیب شیمیایی فاز جدید، به صورت هماهنگ و وابسته به دما انجام می گیرد.
2-رفتار حافظه دار شدن با تغییر مکان به صورت شبه برشی امکان پذیر می باشد که در آن اتم ها به صورت هماهنگ و گروهی جابجا می شوند.
3-مکانیزم دوقلویی در برش ناهمگن توجیه کننده چگونگی حافظه دار شدن آلیاژنمونه بدون تغییر درحجم نمونه اولیه است.
4-در رفتار ارتجاعی کاذب، آلیا‍ژ خاصیت کشسانی نامحدودی پیدا می کند.
5-اثر حافظه داری به دو صورت یک طرفه و دو طرفه در آلیاژهای حافظه دار قابل بررسی است.
6- آلیاژهای حافظه دار به دو روش 1-روش ذوب و ریخته گری 2- متالورژی پودر ساخته می شوند.
7-آلیاژهای NiTi به دلیل داشتن ویژگی هایی همچون مقاومت در مقابل خوردگی ،سازگاری زیستی بالا، قابلیت تولید در اندازه های خیلی کوچک ، خاصیت ارتجاعی بالا و تولید نیرو در تجهیزات مهندسی پزشکی کاربرد فراوان دارند.

10- منابع:
1-SHAPE MEMORY ALLOYS, Darel E. Hodgson, Shape Memory Applications, Inc., Ming H. Wu, Memry Technologies, and Robert J. Biermann, Harrison Alloys, Inc
2-. Medical applications of SHAPE MEMORY ALLOYS, L.G. Machado1and M.A. Savi2
3- SMA/MEMS Research Group (2001). http://database.cs.ualberta.ca/MEMS/
4- NMT Medical, Inc. (2001). http://www.nmtmedical.com
5- Duerig TM, Pelton A & Stöckel D (1999). An overview of nitinol medical applications. Materials Science and Engineering A, 273-275:149-160.
6- SMET (2001). http://smet.tomsk.ru/eng/prod.htm
7- Shabalovskaya SA (1995). Biological aspects of TiNi alloys surfaces .Journal de Physique IV, 5: 1199-1204.
8- تحقیقات انجام شده بر آلیاژهای حافظه دار ،دانشگاه سهند تبریز مهندس برانی
9- مجموعه مقالات اولین همایش سیستم های دفاعی هوشمند آلیاژهای حافظه دار و کاربردهای آنها در ساختارهای هوشمند ،صادق بدخشان راز- سید خطیب الاسلام صدر
10-مجله فنی و مهندسی ساخت و تولید، آلیاژهای حافظه دار
11-پینوشت
1- Martensite
2- Austenite
3- Diffusion
4- Bain Distortion
5- In homogenous shear
6- Lattice rotation
7- Denotes the temperature at which the Martensite phases finishes forming.
8- Denotes the temperature at which the Martensite phase finishes forming.
9- One – way memory
10- Tow – way memory
11- Simon filter
12- Atrial septal occlusion divice.
13- Shape memory self – expanding stents.
14- Shape memory basket
15- Balloon pump
16- Laparoscopy