形狀記憶合金:金屬界的“變形金剛”丨科普面對面
來源:中國民族報 張勝男 發(fā)布日期:2025-02-15瀏覽(10)人次 投稿收藏

  我們通常認(rèn)為,只有人和部分動物才具有記憶的能力,非生物一般不會有這種能力。然而,一些金屬也有記憶,這聽起來像是科幻電影里的設(shè)定,卻在自然界真實存在。

  在金屬家族,形狀記憶合金堪稱“變形金剛”。一般的金屬材料形變超過其彈性極限時,將產(chǎn)生永久變形,即便再次加熱,也不能完全恢復(fù)。而有一些金屬,不管被改變成什么形狀,當(dāng)加熱到一定溫度時,總是能絲毫不差地回到原來的形狀。人們把這種現(xiàn)象叫作形狀記憶效應(yīng),具有這種效應(yīng)的金屬,被稱為形狀記憶合金。

  形狀記憶合金一般由兩種及以上的金屬元素構(gòu)成,能夠在溫度和應(yīng)力作用下發(fā)生相變。那么,形狀記憶合金是如何記住它原本的形狀的呢?這與它的晶體結(jié)構(gòu)會隨溫度變化有關(guān),在不同溫度段,材料整體的狀態(tài)會發(fā)生變化。

  高溫下,金屬以一種叫奧氏體(高溫母相)的結(jié)構(gòu)存在,原子的堆積方式較為穩(wěn)定,具有優(yōu)異的塑性和韌性,易于進行各種塑性變形和加工操作;當(dāng)溫度冷卻,奧氏體就會變成馬氏體(低溫相),這是一種硬而脆的組織。形狀記憶金屬能記憶住不同溫度段下的晶體結(jié)構(gòu),當(dāng)達到特定溫度時,馬氏體與奧氏體之間進行轉(zhuǎn)換,就會變成對應(yīng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài),形狀也就相應(yīng)地發(fā)生了變化。如此一來,我們便可以看到記憶合金恢復(fù)原狀的神奇過程。

  除了形狀記憶效應(yīng),形狀記憶合金還有一種特性叫超彈性,具有比一般金屬更強的變形恢復(fù)能力。正因為這兩種特性,形狀記憶合金被譽為神奇的功能材料,被廣泛應(yīng)用于航天航空、生物醫(yī)療及日常生活等多個領(lǐng)域。

  早在20世紀(jì)60年代,阿波羅11號就利用形狀記憶合金制成拋物面型天線。在地面將天線設(shè)計好后,折疊放入登月艙內(nèi),有效降低了天線所占的空間,登月艙到達后,受太陽輻射加熱,折疊的衛(wèi)星天線因具有記憶功能而自動展開,開始執(zhí)行命令,向地球傳送回豐富的信息。此外,我們?nèi)粘I钪械挠洃涚R框、記憶餐具以及醫(yī)療方面的心血管支架、人造骨骼等都用到了記憶合金。

  迄今為止,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三大類形狀記憶合金。雖然它的開發(fā)迄今不過幾十年,但因其在各個領(lǐng)域的特效應(yīng)用,正廣為世人所矚目。我們相信,隨著科技的不斷創(chuàng)新,形狀記憶合金將在我們的生產(chǎn)、生活中大放異彩,讓我們的生活充滿更多可能。

(編輯:馬永

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