形状記憶合金

冶金学において、形状記憶合金( SMA ) は、冷間時には変形するが、加熱すると変形前の (「記憶された」) 形状に戻る合金です。記憶金属、記憶合金、スマートメタル、スマート合金、マッスルワイヤなどの別名でも知られています。^[要出典]「記憶された形状」は、目的の形状を固定して熱処理を施すことで変更できます。たとえば、ワイヤにコイルスプリングの形状を記憶させることができます。

形状記憶合金製の部品は、油圧、空気圧、モーターベースのシステムなどの従来のアクチュエーターに代わる軽量でソリッドステートな代替品となります。また、金属チューブの密閉ジョイントの作成にも使用でき、温水と冷水の流量比を制御することで水温を制御するセンサーアクチュエーター閉ループの代替にも使用できます。

最も一般的な形状記憶合金は銅-アルミニウム-ニッケルとニッケル-チタン( NiTi ) ですが、亜鉛、銅、金、鉄を合金化することでも SMA を作成できます。Fe -Mn-Si、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Ni などの鉄ベースおよび銅ベースの SMA は市販されており、NiTi よりも安価ですが、安定性と実用性^{[1] [2] [3]}および優れた熱機械的性能により、ほとんどの用途では NiTi ベースの SMA が好まれます。^[4] SMA は 2 つの異なる相で存在でき、3 つの異なる結晶構造 (双晶マルテンサイト、非双晶マルテンサイト、およびオーステナイト) と 6 つの変態が可能です。^{[5] [6]} SMA の熱機械的挙動は、オーステナイトとマルテンサイト間の相変態によって決まります。

NiTi 合金は、M _s未満の温度から冷却するとオーステナイトからマルテンサイトに変化します。M _fは、冷却時にマルテンサイトへの遷移が完了する温度です。したがって、加熱中、A _sとA _fは、マルテンサイトからオーステナイトへの変態が開始および終了する温度です。

マルテンサイトに機械的負荷をかけると、結晶の再配向（「デツイン」と呼ばれる）が起こり、機械的負荷を解放した後も回復（記憶）されない変形が生じます。デツインは特定の応力σ _sで始まり、σ _fを超えるとマルテンサイトは弾性挙動のみを示し続けます（負荷が降伏応力を下回る限り）。デツインによる記憶された変形は、オーステナイトに加熱すると回復します。

一定レベル以上の機械的負荷をかけると、一定温度でオーステナイトからマルテンサイトへの相変態も起こります。負荷を解除すると変態は元に戻ります。

マルテンサイト相からオーステナイト相への遷移は、拡散が関与しないため、ほとんどの相変化とは異なり、時間ではなく温度と応力にのみ依存します。同様に、オーステナイト構造は、同様の構造の鋼合金にちなんで名付けられています。特殊な特性をもたらすのは、これら 2 つの相間の可逆的な拡散のない遷移です。マルテンサイトは、炭素鋼を急速に冷却することでオーステナイトから形成されますが、このプロセスは可逆的ではないため、鋼には形状記憶特性がありません。

この図の縦軸はマルテンサイト分率を表しています。加熱遷移と冷却遷移の差によりヒステリシスが生じ、その過程で機械的エネルギーの一部が失われます。曲線の形状は、合金の組成^[7]や加工硬化^[8]など、形状記憶合金の材料特性に依存します。

形状記憶効果（SME）^[9]は、前述のヒステリシス曲線に示されているように、温度誘起相変態が変形を逆転させることによって発生します。通常、マルテンサイト相は単斜晶系または斜方晶系（B19'またはB19）です。これらの結晶構造は転位運動を容易にするのに十分な滑り系を持たないため、双晶形成、またはむしろ脱双晶形成によって変形します。^[10]

マルテンサイトは低温で熱力学的に有利であり、一方オーステナイト（B2 立方晶）は高温で熱力学的に有利である。これらの構造は格子サイズと対称性が異なるため、オーステナイトをマルテンサイトに冷却すると、マルテンサイト相に内部ひずみエネルギーが導入される。このエネルギーを減らすために、マルテンサイト相は多くの双晶を形成する。これは「自己適応双晶形成」と呼ばれ、幾何学的に必要な転位の双晶形成バージョンである。形状記憶合金は高温から製造され、通常は形状記憶効果を利用するために動作温度でマルテンサイト相が優勢になるように設計されるため、SMA は高度に双晶化した状態で「開始」される。^[11]

マルテンサイトに負荷がかかると、これらの自己適応双晶は変形の容易な経路を提供します。加えられた応力によりマルテンサイトの双晶は解けますが、すべての原子は近くの原子に対して同じ位置に留まります。原子結合は切断されたり再形成されたりしません (転位運動の場合のように)。したがって、温度が上昇し、オーステナイトが熱力学的に有利になると、すべての原子が B2 構造に再配置されます。これは、変形前の B19' 形状と同じマクロ形状です。^[12]この相転移は非常に迅速に発生し、SMA に独特の「スナップ」を与えます。

形状記憶効果を繰り返し使用すると、特性変態温度が変化する可能性があります（この効果は、材料の微細構造と機能特性の変化に密接に関連しているため、機能疲労として知られています）。^[13] SMAが応力を誘発できなくなる最高温度はM _dと呼ばれ、SMAは永久に変形します。^[14]

形状記憶合金には、さまざまな形状記憶効果があります。一般的な効果は、一方向 SMA と双方向 SMA の 2 つです。効果の概略図を以下に示します。手順は非常に似ており、マルテンサイトから始めて変形を加え、サンプルを加熱して再び冷却します。

形状記憶合金が冷たい状態（M _f未満）にあるとき、金属は曲げたり伸ばしたりすることができ、遷移温度以上に加熱されるまでその形状を保持します。加熱すると、形状は元の状態に戻ります。金属が再び冷却されると、再び変形するまでその形状が保持されます。

一方向効果では、高温から冷却してもマクロ的な形状変化は生じません。低温形状を形成するには変形が必要です。加熱すると、変態はA _sで始まり、 A _fで完了します（合金や負荷条件に応じて、通常は2～20 °Cまたはそれ以上になります）。A s_は合金の種類と組成によって決まり、−150 °Cおよび200℃です。

双方向形状記憶効果とは、材料が低温と高温の 2 つの異なる形状を記憶する効果です。加熱と冷却の両方で形状記憶効果を示す材料は、双方向形状記憶を持つと言われています。これは、外力を加えなくても得られます (本質的な双方向効果)。これらの状況で材料がこのように異なる動作をする理由は、トレーニングにあります。トレーニングとは、形状記憶が特定の動作を「学習」できることを意味します。通常の状況では、形状記憶合金は低温の形状を「記憶」しますが、高温の形状を回復するために加熱すると、すぐに低温の形状を「忘れ」ます。ただし、変形した低温状態を高温段階で思い出させるように「記憶」するように「トレーニング」することは可能です。SMA をトレーニングする方法の 1 つは、一定の応力場下で周期的な熱負荷を適用することです。このプロセス中に、微細構造に内部欠陥が導入され、マルテンサイト結晶の配向を促進する内部永久応力が発生します。^[15]そのため、応力がかかっていない状態でオーステナイト相で訓練されたSMAを冷却すると、内部応力によってマルテンサイトが分離して形成され、材料の形状が変化します。そして、SMAをオーステナイト相に加熱すると、元の形状に戻ります。

これを行うにはいくつかの方法があります。^[16]成形され訓練された物体は、ある一定の温度を超えて加熱されると、双方向のメモリ効果が失われます。

SMA は、超弾性と呼ばれる現象を示しますが、より正確には擬似弾性と呼ばれます。「超弾性」とは、原子間の原子結合が塑性変形を起こさずに極限まで伸びることを意味します。擬似弾性でも、永久変形をほとんどまたはまったく起こさずに、回復可能な大きな歪みを実現しますが、より複雑なメカニズムに依存しています。

SMAは少なくとも3種類の擬弾性を示す。あまり研究されていない2種類の擬弾性は、擬双晶形成と短距離秩序によるゴムのような挙動である。^[17]

主な擬似弾性効果は、応力誘起相転移によって生じます。右の図は、このプロセスがどのように発生するかを示しています。

ここで、荷重は、オーステナイト終了温度 A _{fより高く、マルテンサイト変形温度 M d}より低い温度で SMA に等温に適用されます。上の図は、擬弾性応力誘起相変態を形状記憶効果温度誘起相変態に関連付けることで、これがどのように可能であるかを示しています。 A _{f 上の特定の点については、その点 M d の}応力も高ければ、より高い温度  のM _s線上の点を選択できます。材料は、最初は金属の典型的な弾塑性挙動を示します。ただし、材料がマルテンサイト応力に達すると、オーステナイトはマルテンサイトに変態し、双晶が分離します。前述したように、この双晶分離は、マルテンサイトからオーステナイトに戻るときに可逆的です。大きな応力が適用されると、マルテンサイトの双晶分離や滑りなどの塑性挙動が、粒界や介在物などの場所で始まります。^{[19] [20]}塑性変形が起こる前に材料が除荷されると、オーステナイトの臨界応力（σ _as）に達すると材料はオーステナイトに戻ります。材料は構造変化によって誘発されたほぼすべてのひずみを回復しますが、一部のSMAでは10％を超えるひずみになることもあります。^{[21] [22]}このヒステリシスループは、材料の小さな変形と大きな変形の状態間の各サイクルで行われた仕事を示しており、多くの用途で重要です。

ひずみと温度のグラフでは、オーステナイトとマルテンサイトの開始線と終了線が平行に走っています。左側に示すように、SME と擬似弾性は実際には同じ現象の異なる部分です。

大きなひずみ変形の鍵となるのは、2 つの相の結晶構造の違いです。オーステナイトは一般に立方構造ですが、マルテンサイトは単斜晶または親相とは異なる構造で、通常は対称性が低くなります。ニチノールなどの単斜晶系マルテンサイト材料の場合、単斜晶相の対称性が低くなります。これは、応力がかかったときに特定の結晶方位が他の方位に比べて高いひずみに対応するため重要です。したがって、材料は、応力が増加する前に全体のひずみを最大化する方位を形成する傾向があります。^[23]このプロセスを助けるメカニズムの 1 つは、マルテンサイト相の双晶形成です。結晶学では、双晶境界は、格子の原子面の積み重ねが境界面を横切って鏡像になっている 2 次元の欠陥です。応力と温度に応じて、これらの変形プロセスは、滑りなどの永久変形と競合します。

σ _{ms は}、温度や相核形成の核形成部位の数などのパラメータに依存します。界面と介在物は、変態が始まる一般的な部位を提供し、これらの数が多いと、核形成の駆動力が増大します。^[24]均質核形成の場合よりも小さい σ _{ms が}必要になります。同様に、温度が上昇すると相変態の駆動力が低下するため、より大きな σ _{ms が}必要になります。SMAの動作温度が上昇すると、 σ _{ms が}降伏強度 σ _yよりも大きくなり、超弾性が見られなくなることがわかります。

形状記憶効果の発見に向けた最初の報告は 1930 年代に行われました。大塚とウェイマンによると、アルネ・オランダーは1932 年に Au-Cd 合金の擬弾性挙動を発見しました。グレニンガーとムーラディアン (1938) は Cu-Zn 合金の温度を下げたり上げたりすることでマルテンサイト相の形成と消失を観察しました。マルテンサイト相の熱弾性挙動によって支配される記憶効果の基本現象は、10 年後にクルジュモフとカンドロス (1949) によって、またチャンとリード (1951) によって広く報告されました。^[13]

ニッケルチタン合金は、1962年から1963年にかけて米国 海軍兵器研究所で初めて開発され、ニチノール（ニッケルチタン海軍兵器研究所の頭文字）という商標で商品化されました。その驚くべき特性は偶然発見されました。何度も変形したサンプルが研究所の経営会議で提示されました。技術副部長の一人であるデビッド・S・マジー博士は、サンプルを熱にさらしたらどうなるかを見てみることにし、パイプライターをサンプルの下に当てました。誰もが驚いたことに、サンプルは元の形に戻りました。^{[25] [26]}

強磁性形状記憶合金(FSMA)と呼ばれる別のタイプの SMA があり、これは強い磁場の下で形状が変化します。これらの材料は、磁気応答が温度誘導応答よりも高速で効率的である傾向があるため、特に興味深いものです。

熱に反応する材料は金属合金だけではありません。形状記憶ポリマーも開発され、1990 年代後半に市販されるようになりました。

多くの金属は、同じ組成でいくつかの異なる結晶構造を持っていますが、ほとんどの金属はこの形状記憶効果を示しません。形状記憶合金が加熱後に元の形状に戻ることを可能にする特別な特性は、結晶変態が完全に可逆的であることです。ほとんどの結晶変態では、構造内の原子は拡散によって金属を通過し、金属全体が同じ原子で構成されていても、局所的に組成が変化します。可逆変態では、この原子の拡散は発生せず、代わりにすべての原子が同時に移動して新しい構造を形成します。これは、正方形の2つの反対側の辺を押すことで平行四辺形を作ることができるのとよく似ています。異なる温度では異なる構造が好まれ、構造が遷移温度まで冷却されると、オーステナイト相からマルテンサイト構造が形成されます。

形状記憶合金は、通常、真空アーク溶解法または誘導溶解法を使用して鋳造で製造されます。これらは、合金内の不純物を最小限に抑え、金属が十分に混合されるようにするために使用される専門技術です。次に、インゴットは熱間圧延されてより長いセクションにされ、その後、引き伸ばされてワイヤーになります。

合金を「訓練」する方法は、求められる特性によって異なります。「訓練」は、合金が加熱されたときに記憶する形状を決定します。これは、合金を加熱して転位が安定した位置に再配列されるようにすることで発生しますが、材料が再結晶化するほど高温にはなりません。合金は、400℃と500℃で30分間加熱し、熱いうちに成形し、その後水中で急冷するか、空冷して急冷します。

銅ベースおよび NiTi ベースの形状記憶合金はエンジニアリング材料と見なされており、これらの組成はほぼあらゆる形状とサイズに製造できます。

形状記憶合金の降伏強度は従来の鋼鉄よりも低いが、一部の組成ではプラスチックやアルミニウムよりも高い降伏強度を示す。Ni Tiの降伏応力は500  MPa。金属自体のコストが高く、処理要件も厳しいため、SMA を設計に組み込むのは困難で費用もかかります。そのため、これらの材料は、超弾性特性や形状記憶効果を活用できる用途で使用されます。最も一般的な用途は、アクチュエーションです。

形状記憶合金を使用する利点の1つは、誘発可能な回復可能な塑性ひずみのレベルが高いことです。これらの材料が永久的な損傷なしに保持できる回復可能な最大ひずみは、一部の合金では8%である。これは最大ひずみと比較すると従来の鋼の場合0.5%。

SMAは従来のアクチュエータに比べて多くの利点がありますが、実用化を妨げる可能性のある一連の制限があります。多くの研究で、材料の制限と材料および設計に関する知識の不足、不適切な設計アプローチや技術の使用など、関連するツールの不足により、特許取得済みの形状記憶合金アプリケーションのうち商業的に成功しているのはほんのわずかであることが強調されています。^[27] SMAアプリケーションを設計する際の課題は、比較的小さい使用可能なひずみ、低い作動周波数、低い制御性、低い精度、低いエネルギー効率などの制限を克服することです。^[28]

SMAアクチュエータは通常、電気的に作動し、電流によってジュール熱が発生します。非活性化は通常、周囲環境への自由対流熱伝達によって発生します。その結果、SMAの作動は通常非対称であり、作動時間は比較的速く、非作動時間は遅くなります。SMAの非活性化時間を短縮するために、強制対流や^[29]、熱伝達率を操作するためにSMAを導電性材料で遅らせるなど、いくつかの方法が提案されています。

SMAアクチュエータの実現可能性を高める新しい方法には、導電性の「ラギング」の使用があります。この方法では、熱伝導ペーストを使用して、伝導によってSMAから熱を急速に伝達します。この熱は、外径（および熱伝達面積）が裸線よりも大幅に大きいため、対流によって環境に伝達されやすくなります。この方法により、非アクティブ化時間が大幅に短縮され、対称的なアクティブ化プロファイルが得られます。熱伝達率の増加の結果として、所定の作動力を達成するために必要な電流が増加します。^[30]

SMA は構造疲労の影響を受けます。構造疲労とは、繰り返し荷重によって亀裂が生じて伝播し、最終的には破損による壊滅的な機能喪失につながる故障モードです。この疲労モードの背後にある物理的現象は、繰り返し荷重中に微細構造の損傷が蓄積されることです。この故障モードは、SMA だけでなく、ほとんどのエンジニアリング材料で見られます。

SMA は機能疲労の影響を受けます。これは、ほとんどのエンジニアリング材料では一般的ではない故障モードです。SMA は構造的に破損することはありませんが、時間の経過とともに形状記憶/超弾性特性を失います。周期的な負荷 (機械的および熱的) の結果、材料は可逆的な相変態を起こす能力を失います。たとえば、アクチュエータの作動変位は、サイクル数の増加に伴って減少します。この背後にある物理的性質は、微細構造の段階的な変化、より具体的には、適応滑り転位の蓄積です。これには、多くの場合、変態温度の大幅な変化が伴います。^[32] SMA アクチュエータの設計は、SMA プーリー システムのプーリー構成など、SMA の構造的疲労と機能的疲労の両方に影響を及ぼす可能性があります。^[33]

SMA アクチュエータは通常、ジュール熱によって電気的に作動します。SMA を周囲温度が制御されていない環境で使用すると、周囲の加熱によって意図せず作動する可能性があります。

ボーイング、ゼネラル・エレクトリック・エアクラフト・エンジンズ、グッドリッチ・コーポレーション、NASA、テキサスA&M大学、全日本空輸は、NiTi SMAを使用した可変形状シェブロンを開発した。このような可変面積ファンノズル（VAFN）設計により、将来的にはより静かで効率的なジェットエンジンが実現するだろう。2005年と2006年に、ボーイングはこの技術の飛行試験に成功した。^[34]

SMAは、打ち上げロケットや商用ジェットエンジンの振動ダンパーとして研究されています。超弾性効果中に観察される大きなヒステリシスにより、SMAはエネルギーを消散させ、振動を減衰させることができます。これらの材料は、打ち上げ時のペイロードや商用ジェットエンジンのファンブレードにかかる高振動負荷を軽減し、より軽量で効率的な設計を可能にすることが期待されています。^[35] SMAは、ボールベアリングや着陸装置などの他の高衝撃用途にも可能性があります。^[36]

また、SMAを商用ジェットエンジンのさまざまなアクチュエーター用途に使用することにも大きな関心が寄せられており、これによりエンジンの重量が大幅に軽減され、効率が向上すると期待されています。^[37]しかし、この分野では、これらの材料の変態温度を上昇させ、機械的特性を改善するためのさらなる研究が行われなければ、うまく実装することはできません。高温形状記憶合金（HTSMA）の最近の進歩に関するレビューは、Maらによって発表されています。^[21]

さまざまな翼変形技術も研究されている。^[35]

最初の大量生産製品 (年間アクチュエータ 500 万個以上) は、ランバー サポート/ボルスターの輪郭を調整するカー シートの低圧空気式ブラダーを制御するために使用される自動車用バルブです。このアプリケーションで従来使用されていたソレノイドよりも SMA が優れている全体的な利点 (低ノイズ/EMC/重量/フォーム ファクタ/消費電力) が、古い標準技術を SMA に置き換える決定的な要因となりました。

2014 年型シボレー コルベットは、トランクから空気を放出するハッチの通気口を開閉する重い電動アクチュエータに代わる SMA アクチュエータを搭載した初の車両となり、これによりハッチの開閉が容易になりました。排気熱から電気を生成する発電機や、さまざまな速度で空気力学を最適化するオンデマンド エアダムなど、その他のさまざまな用途もターゲットにされています。

これらの材料をロボット工学に使用する研究も限られており、例えば趣味用ロボットのスティキート（および「Roboterfrau Lara」^[38]）は、非常に軽量なロボットの作成を可能にする。最近、Lohらは、人間の手の動きをほぼ再現できる義手を発表した[Loh2005]。その他の生体模倣アプリケーションも研究されている。この技術の弱点は、エネルギー効率の悪さ、応答時間の遅さ、およびヒステリシスが大きいことである。

SMAはバルブの駆動にも使用されます。^[39] SMAバルブは特にコンパクトな設計になっています。

形状記憶効果（SME）を利用して指を動かすSMAベースのロボットハンドのプロトタイプがいくつかある。^[40]

SMAは、橋や建物などの土木構造物にさまざまな用途があります。鉄筋やプレートの形で、コンクリートや鉄骨構造物の曲げ、せん断、耐震補強に使用できます。もう1つの用途は、コンクリート内に埋め込まれたSMAワイヤを組み込んだインテリジェント鉄筋コンクリート（IRC）です。これらのワイヤは亀裂を感知し、収縮して微小な亀裂を修復します。また、振動を減衰させるためにSMAワイヤを使用して構造の固有周波数をアクティブに調整したり、コンクリートにSMAファイバーを使用したりできます。^[41]

最初の消費者向け商用アプリケーションは、工業用途の石油パイプライン、水道管、および消費者/商業用途の同様のタイプの配管などの配管用 形状記憶カップリングでした。

いくつかのスマートフォン企業は、ケンブリッジ・メカトロニクス社からライセンスを受けて製造されたSMAアクチュエータを組み込んだ光学式手ぶれ補正（OIS）モジュールを搭載した端末をリリースしている。

形状記憶合金は医療分野で応用されており、例えば整形外科手術における骨切り術の固定装置、手術器具のアクチュエーター、生検や近接放射線治療などの外科手術における低侵襲経皮癌介入のための能動的操縦可能手術針、^[42]、歯に一定の歯を動かす力を加えるため の歯科矯正器具、カプセル内視鏡検査では生検作用のトリガーとして使用することができます。

1980年代後半には、ニチノールが、低侵襲性血管内医療用途の実現技術として商業的に導入されました。ステンレス鋼よりも高価ではありますが、BTR（体温反応）で製造されたニチノール合金の自己拡張特性は、体温にさらされると特定の血管の形状に適応する能力を与えるステントグラフトにおけるバルーン拡張型デバイスの魅力的な代替品となっています。平均して、現在、世界市場で入手可能な 末梢血管ステントの50%はニチノールで製造されています。

チタン含有 SMA で作られた眼鏡フレームは、 Flexonおよび TITANflexという商標で販売されています。これらのフレームは通常、遷移温度が予想される室温より低く設定されている形状記憶合金で作られています。これにより、フレームは応力下で大きく変形しますが、金属から再び負荷がなくなると意図した形状に戻ります。非常に大きな弾性歪みは、応力誘起マルテンサイト効果によるもので、負荷下で結晶構造が変形し、負荷下で一時的に形状が変化することがあります。つまり、形状記憶合金で作られた眼鏡は、偶発的な損傷に対してより堅牢です。

形状記憶合金は、整形外科手術において、主に下肢手術における骨切り術の固定・圧縮装置として利用されてきた。この装置は通常、大きなステープルの形をしており、可鍛性状態で冷蔵庫に保管され、骨切り術の骨にあらかじめ開けられた穴に埋め込まれる。ステープルが温まると、非可鍛性状態に戻り、骨表面を圧縮して骨癒合を促進する。^[43]

SMAの用途は年々拡大しており、主な開発分野は歯科です。一例を挙げると、歯に一定の歯を動かす力を加えるためにSMA技術を使用した歯科矯正器具の普及です。ニチノールアーチワイヤーは1972年に歯科矯正医の ジョージ・アンドレアセンによって開発されました。^[44]これは臨床矯正に革命をもたらしました。アンドレアセンの合金はパターン化された形状記憶を持ち、幾何学的プログラミングにより特定の温度範囲内で膨張および収縮します。

ハルミート・D・ワリアは後にこの合金を歯内治療用の根管ファイルの製造に利用しました。

振戦軽減のための従来のアクティブキャンセル技術では、電気、油圧、または空気圧システムを使用して、物体を外乱の反対方向に作動させます。しかし、これらのシステムには、人間の振戦周波数で大きな振幅の電力を生成するために必要な大規模なインフラストラクチャのために制限があります。SMAは、ハンドヘルドアプリケーションでの効果的な作動方法であることが証明されており、新しいクラスのアクティブ振戦キャンセルデバイスを可能にしました。^[45]そのようなデバイスの最近の例としては、 Verily Life Sciencesの子会社Lift Labsが開発したLiftwareスプーンがあります。

冷水と温水の貯留層における比較的小さな温度差を利用して動作する実験的な固体熱機関は、リッジウェイ・バンクスが開発したバンクス・エンジンを含め、1970 年代から開発されてきました。

取り付け不要のブレスレットに使用するための小さな丸い長さで販売されています。

ザールラント大学のドイツの科学者たちは、回転するシリンダーに巻き付けられたニッケルチタン（「ニチノール」）合金ワイヤーを使用して熱を伝達するプロトタイプの機械を製作した。シリンダーが回転すると、ワイヤーが「超弾性」状態から無負荷状態に変化し、片側で熱が吸収され、反対側で放出される。ザールラント大学が2019年に発表した論文によると、熱伝達の効率は一般的なヒートポンプやエアコンよりも高いようだ。^[46]

現在使用されているほぼすべてのエアコンとヒートポンプは、冷媒の蒸気圧縮を採用しています。時間の経過とともに、これらのシステムで使用されている冷媒の一部は大気中に漏れ出し、地球温暖化の一因となります。冷媒を使用しない新しい技術が経済的かつ実用的であることが証明されれば、気候変動を軽減する取り組みに大きな進歩をもたらす可能性があります。^{[引用が必要]}

ニッケルチタン（ニチノール）などの形状記憶合金（SMA）は、その独特の熱応答挙動のため、クランプシステムに使用されます。^{[47] SMAで作られたクランプは、}下顎骨折を治癒するための歯科顔面外科手術で使用されます。^[48]

さまざまな合金が形状記憶効果を示します。合金成分を調整することで、SMA の変態温度を制御できます。一般的なシステムには次のものがあります (完全なリストではありません)。

ウィキメディア・コモンズの形状記憶材料に関するメディア

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