形狀記憶合金在生物醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展空間不斷擴大【圖】

    形狀記憶合金（shape memory alloys，SMA）是指在一定條件下通過相變轉(zhuǎn)變可以回復(fù)到它們的原始形式（原始形狀或原始尺寸）的一類合金，一般分為溫控和磁控記憶合金兩大類，而這種相變現(xiàn)象稱為形狀記憶效應(yīng)（shape memory effect，SME）。形狀記憶合金是目前形狀記憶材料中形狀記憶性能最好的材料。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)具有形狀記憶效應(yīng)的合金有上百種種，包括：Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

    形狀記憶合金呈現(xiàn)出兩種性能。

    1、形狀記憶效應(yīng)

    單程記憶效應(yīng)。形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復(fù)變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現(xiàn)象稱為單程記憶效應(yīng)。

    雙程記憶效應(yīng)。某些合金加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時又能恢復(fù)低溫相形狀，稱為雙程記憶效應(yīng)。

    全程記憶效應(yīng)。加熱時恢復(fù)高溫相形狀，冷卻時變?yōu)樾螤钕嗤∠蛳喾吹牡蜏叵嘈螤睿Q為全程記憶效應(yīng)。

    2、超彈性

    記憶合金處在特定溫度范圍內(nèi)（TAs）時，在外力作用下產(chǎn)生遠大于其彈性極限的變形量，在卸載過程中無需加熱便可恢復(fù)到母相狀態(tài)的形狀。

    3、高阻尼特性

    馬氏體SMA絲具有很大的阻尼，耗散因子可達0.1數(shù)量級，而傳統(tǒng)的鋼、鋁等材料只有0.005左右。馬氏體相變內(nèi)耗是造成記憶合金高阻尼的主要原因，合金處于全馬氏體狀態(tài)和β相與馬氏體共存是內(nèi)耗研究的兩個主要溫度區(qū)。

    4、電阻特性

    相變過程中SMA的電阻是不斷變化的，而且這個變化過程是非常復(fù)雜的，受到多方面因素的影響。材料組成、循環(huán)加載、應(yīng)力水平以及熱處理工藝等的不同都會對SMA的電阻特性產(chǎn)生一定的影響。

    因此形狀記憶合金的這寫特性，區(qū)別于其他類型材料。因此形狀記憶合金能被用于多種特殊用途，其很難被其他材料所替代。

    形狀記憶合金產(chǎn)業(yè)鏈中，上游主要為鈦、銅、鐵等多種金屬原料，而下游行業(yè)主要包括生物醫(yī)藥、航空航天、機械電子、橋梁建筑、汽車制造等多個行業(yè)，應(yīng)用范圍比較廣泛。

形狀記憶合金行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈示意圖

資料來源：智研咨詢整理

    相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2018-2024年中國形狀記憶合金行業(yè)市場專項調(diào)研及投資戰(zhàn)略研究報告》

    雖然形狀記憶合金用途廣泛的，但各行業(yè)對于形狀記憶合金的需求量和產(chǎn)品特性要求，差異性較大。形狀記憶合金企業(yè)也會針對特定市場的需求，針對性開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。

    從專利技術(shù)角度，可以反映出形狀記憶合金發(fā)展情況和趨勢。2009年以來，我國形狀記憶合金行業(yè)的專利申請數(shù)量成上升趨勢，在2016年達到峰值，共申請了1228個，2017年申請了1112個專利技術(shù)。

    雖然行業(yè)2017年數(shù)量有小幅下滑，但整體增幅明顯。這說明行業(yè)正處在快速的發(fā)展時期，各家企業(yè)努力研發(fā)新興產(chǎn)品來滿足下游市場的需求。

2009年以來形狀記憶合金行業(yè)專利申請數(shù)統(tǒng)計圖

資料來源：Baiten專利網(wǎng)，智研咨詢整理

    從形記憶合金專利技術(shù)申請數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)，其中人類生活比例需專利技術(shù)的發(fā)展趨勢最快，2017年共申請255個專利，近幾年申請數(shù)量也遠高于其他行業(yè)領(lǐng)域的數(shù)量。

    人類生活必需領(lǐng)域申請數(shù)量的絕對領(lǐng)先，說明這個領(lǐng)域越來越成為形狀記憶合金企業(yè)所關(guān)注的重點，紛紛加大此領(lǐng)域的研發(fā)力度，以提高此領(lǐng)域的產(chǎn)品競爭力。

形狀記憶合金專利技術(shù)趨勢分析

資料來源：Baiten專利網(wǎng)，智研咨詢整理

    進一步細分人類生活必需領(lǐng)域，生物醫(yī)療是形狀記憶合金行業(yè)最主要的市場。形狀記憶合金已被廣泛用于醫(yī)療器械領(lǐng)域，包括牙科、胸外科、肝膽科、泌尿外科、婦科、心血管科、腦血管科和骨科矯形外科等。

    近幾年隨著居民收入水平的提高，全國人口結(jié)構(gòu)趨向老齡化的進程，居民對于醫(yī)療保健方面的消費支出逐年增高，2013-2017五年時間全國居民醫(yī)療保健消費支出增長59%，同期GDP增長僅39%，增速超出近二十個百分點。

    2011年到2016年間住院病人手術(shù)人數(shù)增長明顯。2013年全國住院病人手術(shù)人數(shù)3272.9萬人次,2016年人數(shù)達到5082.2萬人次，增長55%。說明居民手術(shù)需求不斷提高，預(yù)計未來將維持較高增速。

2011-2016年全國住院病人手術(shù)情況

資料來源：國家統(tǒng)計局，智研咨詢整理

    形狀記憶合金的醫(yī)療用途，大多涉及到手術(shù)過程。因此手術(shù)數(shù)量能較好的充當記憶合金需求的代理變量，較好的反應(yīng)行業(yè)需求變化趨勢。持續(xù)走高的醫(yī)療消費支出和手術(shù)人次，反應(yīng)出我國記憶合金生物醫(yī)療的發(fā)展空間不斷擴大，行業(yè)投資價值顯現(xiàn)。