神奇的功能材料——形狀記憶合金

形狀記憶合金在發生了塑性變形後，加熱到一定溫度，還可以恢復原狀。

合金，是由兩種或兩種以上的金屬與非金屬經過一定方法所合成的具有金屬特性的物質。根據組成元素的數目，可分為二元合金、三元合金和多元合金。中國是世界上最早研究和生產合金的國家之一，在商朝青銅（銅錫合金）工藝就已非常發達。我們常聽到的有鋁合金、鈦合金等，但是，有一種類型的合金具有神奇的「記憶」本領，稱為形狀記憶合金，這你知道嗎？

一般的金屬材料在外力作用下會產生永久性的塑性變形。但是形狀記憶合金在發生了塑性變形後，加熱到一定溫度，還可以恢復原狀。

1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到「記憶」效應。1963年，美國海軍軍械研究所的研究人員在一項實驗中需要一些鎳鈦合金絲，但他們拿到的合金絲都是彎彎曲曲的，不符合實驗要求。於是，他們就把這些細絲拉直。但是在實驗中，當溫度升到一定值的時候，這些被拉直的合金絲又突然恢復到原來彎曲的形狀。他們反覆做了多次試驗，結果都一樣。後來還陸續發現，某些其他合金也有類似的功能。

記憶合金（網路圖）

原來，在這類記憶合金中，金屬原子按一定的方式排列起來。這些金屬原子受到一定的外力作用時，可以離開自己原來的位置到另一個位置去。當這些合金受熱升溫後，由於獲得了一定的能量，這種金屬原子又會回到原來的位置。這就是記憶合金在加熱到一定溫度後又恢復原狀的原因。

事實上，每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉變溫度。在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然後將其冷卻到轉變溫度以下，人為地改變其形狀後再加熱到轉變溫度以上，該合金便會自動地恢復到原先在轉變溫度以上加工成的形狀。

形狀記憶合金最早的應用是在管接頭和緊固件上。用形狀記憶合金加工成內徑比欲連接管的外徑小4%的套管，然後在液氮溫度下將套管擴徑約8%，裝配時將這種套管從液氮取出，把欲連接的管子從兩端插入。當溫度升高至常溫時，套管收縮即形成緊固密封。這種連接方式接觸緊密能防滲漏，遠勝於焊接，特別適合用於航空、航天、核工業及海底輸油管道等危險場合。

記憶合金的用處（網路圖）

記憶合金最令人鼓舞的應用是在航天技術中。1969年7月20日，「阿波羅」11號登月艙在月球著陸，實現了人類第一次登月旅行的夢想。宇航員登月後，在月球上放置了一個半球形的直徑數米的天線，用以向地球發送和接受信息。天線就是用當時剛剛發明不久的記憶合金製成的。用極薄的記憶合金材料先在正常情況下按預定要求做好，然後降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放到月球上以後，在陽光照射下溫度升高，當達到轉變溫度時，天線恢復成了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球形。

除了航空業，形狀記憶合金已廣泛用於醫學和生活各個領域。作為一類新興的功能材料，很多新用途正不斷被開發，例如用記憶合金製作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀；不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金製作，不小心碰癟了，只要用電吹風加溫就可恢復原狀。

目前世界上已經有銅鋅、金鎘、鎳鋁等20多種具有記憶功能的合金，不僅單次「記憶」能力幾乎可達到百分之百，即恢復到和原來一模一樣的形狀，更可貴的是，這種「記憶」本領即使施展500萬次以上也不會導致材料斷裂。

作者：gg

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