形状记忆合金在生物医疗领域发展空间不断扩大【图】

    形状记忆合金（shape memory alloys，SMA）是指在一定条件下通过相变转变可以回复到它们的原始形式（原始形状或原始尺寸）的一类合金，一般分为温控和磁控记忆合金两大类，而这种相变现象称为形状记忆效应（shape memory effect，SME）。形状记忆合金是目前形状记忆材料中形状记忆性能最好的材料。迄今为止，人们发现具有形状记忆效应的合金有上百种种，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。

    形状记忆合金呈现出两种性能。

    1、形状记忆效应

    单程记忆效应。形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。

    双程记忆效应。某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。

    全程记忆效应。加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。

    2、超弹性

    记忆合金处在特定温度范围内（TAs）时，在外力作用下产生远大于其弹性极限的变形量，在卸载过程中无需加热便可恢复到母相状态的形状。

    3、高阻尼特性

    马氏体SMA丝具有很大的阻尼，耗散因子可达0.1数量级，而传统的钢、铝等材料只有0.005左右。马氏体相变内耗是造成记忆合金高阻尼的主要原因，合金处于全马氏体状态和β相与马氏体共存是内耗研究的两个主要温度区。

    4、电阻特性

    相变过程中SMA的电阻是不断变化的，而且这个变化过程是非常复杂的，受到多方面因素的影响。材料组成、循环加载、应力水平以及热处理工艺等的不同都会对SMA的电阻特性产生一定的影响。

    因此形状记忆合金的这写特性，区别于其他类型材料。因此形状记忆合金能被用于多种特殊用途，其很难被其他材料所替代。

    形状记忆合金产业链中，上游主要为钛、铜、铁等多种金属原料，而下游行业主要包括生物医药、航空航天、机械电子、桥梁建筑、汽车制造等多个行业，应用范围比较广泛。

形状记忆合金行业产业链示意图

资料来源：智研咨询整理

    相关报告：智研咨询发布的《2018-2024年中国形状记忆合金行业市场专项调研及投资战略研究报告》

    虽然形状记忆合金用途广泛的，但各行业对于形状记忆合金的需求量和产品特性要求，差异性较大。形状记忆合金企业也会针对特定市场的需求，针对性开发相关产品。

    从专利技术角度，可以反映出形状记忆合金发展情况和趋势。2009年以来，我国形状记忆合金行业的专利申请数量成上升趋势，在2016年达到峰值，共申请了1228个，2017年申请了1112个专利技术。

    虽然行业2017年数量有小幅下滑，但整体增幅明显。这说明行业正处在快速的发展时期，各家企业努力研发新兴产品来满足下游市场的需求。

2009年以来形状记忆合金行业专利申请数统计图

资料来源：Baiten专利网，智研咨询整理

    从形记忆合金专利技术申请数量可以发现，其中人类生活比例需专利技术的发展趋势最快，2017年共申请255个专利，近几年申请数量也远高于其他行业领域的数量。

    人类生活必需领域申请数量的绝对领先，说明这个领域越来越成为形状记忆合金企业所关注的重点，纷纷加大此领域的研发力度，以提高此领域的产品竞争力。

形状记忆合金专利技术趋势分析

资料来源：Baiten专利网，智研咨询整理

    进一步细分人类生活必需领域，生物医疗是形状记忆合金行业最主要的市场。形状记忆合金已被广泛用于医疗器械领域，包括牙科、胸外科、肝胆科、泌尿外科、妇科、心血管科、脑血管科和骨科矫形外科等。

    近几年随着居民收入水平的提高，全国人口结构趋向老龄化的进程，居民对于医疗保健方面的消费支出逐年增高，2013-2017五年时间全国居民医疗保健消费支出增长59%，同期GDP增长仅39%，增速超出近二十个百分点。

    2011年到2016年间住院病人手术人数增长明显。2013年全国住院病人手术人数3272.9万人次,2016年人数达到5082.2万人次，增长55%。说明居民手术需求不断提高，预计未来将维持较高增速。

2011-2016年全国住院病人手术情况

资料来源：国家统计局，智研咨询整理

    形状记忆合金的医疗用途，大多涉及到手术过程。因此手术数量能较好的充当记忆合金需求的代理变量，较好的反应行业需求变化趋势。持续走高的医疗消费支出和手术人次，反应出我国记忆合金生物医疗的发展空间不断扩大，行业投资价值显现。