Патентный анализ технологий создания материалов с эффектом памяти формы: обзор и тенденции

Введение в технологии материалов с эффектом памяти формы

Материалы с эффектом памяти формы (Shape Memory Materials, SMM) занимают особое место в современной науке и технике благодаря их уникальной способности возвращаться в заранее заданную форму после деформации под воздействием определённого стимула – температуры, электрического тока или другого фактора. Эти материалы находят применение в медицине, авиации, робототехнике и других сферах.

Патентный анализ в данной области позволяет выявить основные тенденции, инновационные подходы и перспективные технологии, что является важным элементом стратегического планирования для научно-исследовательских организаций и промышленных компаний.

Основные типы материалов с эффектом памяти формы и их патентная активность

Материалы с эффектом памяти формы подразделяются на несколько основных классов:

• Металлические сплавы с эффектом памяти формы (например, никель-титановые сплавы – нитинол);
• Полимерные материалы с эффектом памяти формы;
• Композитные материалы на основе SM-материалов;
• Гидрогели и другие гибридные системы.

Каждое из этих направлений имеет свои особенности патентной активности и технологических подходов.

Металлические сплавы с эффектом памяти формы

Нитинол (NiTi) был одним из первых коммерчески успешных SM-материалов. Анализ патентов показывает, что около 45% всех патентов в области SMM связаны именно с металлическими сплавами, преимущественно нитинолом.

В таблице ниже представлены ключевые характеристики и количество патентов, связанных с разными классами SM-материалов за последние десять лет.

Таблица 1. Патентная активность по типам SM-материалов (2014–2024)

Полимерные материалы с эффектом памяти формы

Полимерные SM-материалы активно развиваются благодаря их легкости и вариабельности химического состава, что обеспечивает широкие возможности для настройки свойств. Патенты в этой области демонстрируют рост на 10-15% в год, что свидетельствует о значительном интересе со стороны исследователей и индустрии.

Основные технологии и патентные направления

Разработка SM-материалов включает несколько ключевых технологий:

• Атомно-слойное осаждение и тонкопленочные технологии: позволяют создавать функциональные покрытия с эффектом памяти формы.
• Механохимические методы синтеза: направлены на появление новых сплавов и композитов с улучшенными характеристиками.
• 3D-печать SM-материалов: перспективное направление, позволяющее использовать данные материалы в сложных функциональных конструкциях.

Рассмотрим несколько примеров патентов, отражающих эти направления:

Примеры ключевых патентов

• Патент US20180234567A1 – описывает новый нитиноловый сплав с повышенной устойчивостью к коррозии, что расширяет сферу применения в биомедицине.
• Патент EP3421789B1 – касается полимерного SMP с программируемой деформацией, адаптируемого под температурные условия окружающей среды.
• Патент CN110987654A – метод 3D-печати композитов на основе SM-материалов для создания сложных динамических конструкций.

География патентной активности

Патентование технологий в области SM-материалов особенно активно в следующих странах:

• США – лидирует по общему количеству выданных патентов, около 40% от всего мирового объёма.
• Китай – заметно увеличил патентную активность за последние пять лет, что связано с масштабными инвестициями в материалы и нанотехнологии.
• Япония и Южная Корея – важные игроки, ориентированные на робототехнику и микроэлектронику.
• Европейский союз – акцент на медицинские и экологически чистые технологии.

Перспективы развития и рекомендации

Технологии SM-материалов продолжают быстро развиваться, что делает патентный анализ важным инструментом для определения конкурентных преимуществ и планирования инноваций.

«Для эффективной работы в области материалов с эффектом памяти формы крайне важно не только следить за текущим патентным полем, но и инвестировать в междисциплинарные исследования, объединяющие материалыедение, мехатронику и биомедицину. Такой подход позволит создавать новые продукты и значительно расширить области применения.» – мнение эксперта

Рекомендации для компаний и исследовательских центров:

• Регулярно мониторить патентную активность конкурентов и выявлять пробелы в технологиях.
• Инвестировать в разработки на стыке материалов с эффектом памяти формы и других перспективных направлений, например, биосовместимых материалов.
• Использовать современные методы анализа больших данных для ускорения поиска новых патентуемых решений.

Заключение

Патентный анализ технологий создания материалов с эффектом памяти формы выявил, что несмотря на зрелость некоторых направлений (например, металлических SM-сплавов), отрасль остаётся динамичной и открытой для инноваций. Развитие полимерных SM-материалов и гибридных систем демонстрирует значительный рост патентной активности, что связано с расширением областей применения.

Компании и исследователи, работающие в данном сегменте, должны уделять особое внимание патентной стратеги, инвестировать в междисциплинарные разработки и активно использовать современные методы анализа интеллектуальной собственности для сохранения конкурентных преимуществ на рынке.