神奇的功能材料——形状记忆合金

合金是由两种或两种以上的金属和非金属通过某种方法合成的具有金属特性的物质。根据组成元素的数量，可分为二元合金、三元合金和多元合金。中国是世界上最早研究和生产合金的国家之一，青铜(铜锡合金)技术在商代已经非常发达。我们经常听说铝合金、钛合金等。然而，有一种具有神奇“记忆”能力的合金，叫做形状记忆合金，你知道吗？

一般金属材料在外力作用下会产生永久的塑性变形。然而，形状记忆合金在塑性变形后加热到一定温度时可以恢复到其原始状态。

1932年，瑞典人奥兰德首次观察到金-镉合金的“记忆”效应。1963年，美国海军军械研究所的研究人员在一次实验中需要一些镍钛合金丝，但他们得到的合金丝都是弯曲的，不符合实验要求。所以他们拉直了细丝。但是在实验中，当温度上升到一定值时，这些拉直的合金丝突然恢复到原来的弯曲形状。他们反复做了许多实验，结果都是一样的。后来，人们发现其他一些合金也有类似的功能。

记忆合金(网络图)

最初，在这种记忆合金中，金属原子是以某种方式排列的。当这些金属原子受到一定的外力时，它们可以离开原来的位置，移动到另一个位置。当这些合金被加热时，由于一定的能量，金属原子会回到它们原来的位置。这就是为什么记忆合金在加热到一定温度后会恢复到原来的状态。

事实上，每种由一定重量比的某些元素组成的形状记忆合金都有一个转变温度。合金被加工成高于该温度的特定形状，然后冷却到低于转变温度，人工改变形状，然后加热到高于转变温度，并且合金将自动恢复到高于转变温度加工的原始形状。

形状记忆合金最早应用于管接头和紧固件。形状记忆合金用于加工内径比待连接管道外径小4%的套管，然后在液氮温度下将套管膨胀约8%。组装时，将套管从液氮中取出，从两端插入待连接的管道。当温度升至正常温度时，外壳收缩形成紧密密封。这种连接方式可以防止因紧密接触而导致的泄漏，远远优于焊接，特别适用于航空、航天、核工业和海底输油管道等危险场合。

记忆合金的使用(网络图)

记忆合金最令人鼓舞的应用是在空间技术中。1969年7月20日，阿波罗11号登月舱登陆月球，实现了人类首次登月的梦想。宇航员登上月球后，一个直径几米的半球形天线被放置在月球上，向地球发送和接收信息。天线是由当时刚刚发明的记忆合金制成的。采用极薄的记忆合金材料，在正常条件下首先按照预定的要求进行制备，然后通过降低温度将其压制成一个球，并装入登月舱带向天空。登上月球后，阳光照射下温度会升高。当温度达到转变温度时，天线恢复到原来的样子，变成一个巨大的半球形状。

除了航空工业，形状记忆合金已经广泛应用于医学和生活的各个领域。作为一种新型功能材料，许多新用途正在不断开发。例如，如果记忆合金制成的眼镜架意外弯曲，可以通过在热水中加热将其恢复到原始状态。在不久的将来，汽车的外壳也可以由记忆合金制成。如果它被意外损坏，可以用电动鼓风机加热恢复到原来的状态。

目前，世界上有20多种具有记忆功能的合金，如铜、锌、金、镉、镍和铝。单个“记忆”能力不仅可以达到几乎100%，也就是说，恢复到原来的形状，更重要的是，这种“记忆”能力即使使用超过500万次也不会造成材料断裂。