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何為記憶合金
19世紀70年代，世界材料科學中出現了一種具有“記憶”形狀功能的合金。記憶合金是一種頗為特別的金屬條，它極易被彎曲，我們把它放進盛著熱水的玻璃缸內，金屬條向前沖去；將它放入冷水里，金屬條則恢復了原狀。在盛著涼水的玻璃缸里，拉長一個彈簧，把彈簧放入熱水中時，彈簧又自動的收攏了。涼水中彈簧恢復了它的原狀，而在熱水中，則會收縮，彈簧可以無限次數的被拉伸和收縮，收縮再拉開。這些都由一種有記憶力的智能金屬做成的，它的微觀結構有兩種相對穩定的狀態，在高溫下這種合金可以被變成任何你想要的形狀，在較低的溫度下合金可以被拉伸，但若對它重新加熱，它會記起它原來的形狀，而變回去。這種材料就叫做記憶金屬(memory metal)。它主要是鎳鈦合金材料。例如，一根螺旋狀高溫合金，經過高溫退火后，它的形狀處于螺旋狀態。在室溫下，即使用很大力氣把它強行拉直，但只要 鎳鈦記憶合金絲把它加熱到一定的“變態溫度”時，這根合金仿佛記起了什么似的，立即恢復到它原來的螺旋形態。這是怎么回事？難道合金也具有人類那樣的記憶力？
原來不是那么回事！這只是利用某些合金在固態時其晶體結構隨溫度發生變化的規律而已。例如，鎳-鈦合金在40oC以上和40oC以下的晶體結構是不同的，但溫度在40oC上下變化時，合金就會收縮或膨脹，使得它的形態發生變化。這里，40oC就是鎳-鈦記憶合金的“變態溫度”。各種合金都有自己的變態溫度。上述那種高溫合金的變態溫度很高。在高溫時它被做成螺旋狀而處于穩定狀態。在室溫下強行把它拉直時，它卻處于不穩定狀態，因此，只要把它加熱到變態溫度，它就立即恢復到原來處于穩定狀態的螺旋形狀了。
(1)單程記憶效應
形狀記憶合金在較低的溫度下變形,加熱后可恢復變形前的形狀,這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應.
(2)雙程記憶效應
某些合金加熱時恢復高溫相形狀,冷卻時又能恢復低溫相形狀,稱為雙程記憶效應.
(3)全程記憶效應
加熱時恢復高溫相形狀,冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀,稱為全程記憶效應.
【記憶合金的原理】
關于記憶合金的原理現在還不十分清楚。一般認為，記憶合金由復雜的菱形晶體結構轉變成簡單的立方晶體結構時，就會發生形狀恢復的記憶。而當記憶合金恢復原形時伴隨產生極大的力，鎳鈦諾合金高達 60公斤平方毫米，遠比最初變形時加的力大。一般說來，可達原變形的十倍，這就意味著輸出的能量比輸入的能量大得多。科學家對此無法解釋，物理學家羅沙爾說：“熱力學定律一點沒有錯的地方，但這些定律就是不適合于鎳鈦諾……”。
【記憶合金的成分】
記憶合金的特性是50年代初期被發現的，金鎘、銦鉈合金都有這種特性。
【記憶合金的應用】
記憶合金已用于管道結合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內全擴大約 4％，裝配時套接一起，一經加熱，套管收縮恢復原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機的液壓系統使用了10萬個這種接頭，多年來從未發生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。
記憶合金材料就是形狀等特性隨溫度變化明顯的合金材料，舉個例子來說，航天用的拋物面天線折疊放在航天器內，只需稍稍加熱就能夠展開，就像記住了特定溫度時的形狀一樣。
早在華夏民族秦朝就存在有記憶金屬 比如說：秦劍 越王勾踐。1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金的開發迄今不過20余年，但由于其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。1963年，美國海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發現，在高于室溫較多的某溫度范圍內，把一種鎳-鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40 ℃以上的熱水中，該合金絲就恢復成原來的彈簧形狀。后來陸續發現，某些其他合金也有類似的功能。這一類合金被稱為形狀記憶合金。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，然后將其冷卻到轉變溫度以下，人為地改變其形狀后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。1969年，鎳--鈦合金的“形狀記憶效應”首次在工業上應用。人們采用了一種與眾不同的管道接頭裝置。為了將兩根需要對接的金屬管連接，選用轉變溫度低于使用溫度的某種形狀記憶合金，在高于其轉變溫度的條件下，做成內徑比待對接管子外徑略微小一點的短管(作接頭用)，然后在低于其轉變溫度下將其內徑稍加擴大，再把連接好的管道放到該接頭的轉變溫度時，接頭就自動收縮而扣緊被接管道，形成牢固緊密的連接。美國在某種噴氣式戰斗機的油壓系統中便使用了一種鎳-鈦合金接頭，從未發生過漏油、脫落或破損事故。1969年7月20日，美國宇航員乘坐“阿波羅”11號登月艙在月球上首次留下了人類的腳印，并通過一個直徑數米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個龐然大物般的天線是怎么被帶到月球上的呢?就是用一種形狀記憶合金材料，先在其轉變溫度以上按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放置于月球后，在陽光照射下，達到該合金的轉變溫度，天線“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球。科學家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進一步研究開發了欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如:銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si, Fe-Pd)等。形狀記憶合金在生物工程、醫藥、能源和自動化等方面也都有廣闊的應用前景。
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