神奇的記憶合金

同學們看到這個標題，也許會詫異：是否搞錯了?只有動物才有記憶，無生命的金屬難道也有“記性”?不錯，這就是“記憶合金”。

一、意外發現驚世人

金屬具有記憶現象早在1951年就被發現了，但沒有引起人們的應有重視。到上世紀60年代初期還仍“待字閨中”。

60年代初的一天，美國海軍軍械實驗室的研究人員領用一批鎳鈦合金，由于偶然原因，合金絲被弄彎，他們只好一根根重新矯直。有人順手把校直的合金絲堆放到爐子旁邊。在爐溫的烘烤下，不長時間，矯直的合金絲又都恢復到原來的彎曲程度。前功盡棄。令人懊喪。該現象重復出現，引起了研究人員的注意。抓住上述意外，研究人員反復實驗研究，終于發現50％鎳和50％鈦的合金在溫度達40度以上時，能“記住”自己原來的形狀。科學家將該現象稱之為“形狀記憶效應”。1963年在一次美國海軍科學會議上，他們宣布了研究成果，并演示了“形狀記憶效應”實驗。記憶合金露出冰山一角。

后來，經過許多科學家研究，人們相繼發現銅鋅鋁合金、銅鎳鋁合金、鐵鉑合金等也具有“形狀記憶效應”。科學家把這類合金叫做“形狀記憶合金”。

二、奧秘淺釋靠科學

“記憶合金”為什么能“記住”自己以前的形狀呢?要闡明其機理需冶金學、金屬物理學等多種學科知識，涉及到許多專業術語和名詞，這些都是科學工作者鍥而不舍研究的課題，許多問題至今未能完全搞清楚。

一般認為，形狀記憶合金的特性是由其晶體內部結構決定的。該類合金在一定溫度范圍內具有一定的外形，而且，合金內部的原子排列具有同外形相適應的可逆轉變結構。對應可逆轉變結構時的溫度稱為轉變溫度。在轉變溫度以上，加工成欲記憶的形狀，合金內部原子排列成一種穩定的結晶構造。當把它冷卻到轉變溫度以下時，施加外力改變它的外形，此時原子結合方式不變，只是原子離開了自己原來的位置，在鄰近的位置上暫時停留著。如果把變形后的記憶合金加熱到轉變溫度以上，由于原子獲得了向穩定結晶構造轉變所需的能量，就又重新回復到原來的位置，從而恢復原狀。

三、造福人類顯身手

開發浩瀚廣袤的宇宙空間是人類的夢想，開發的首選目標是月球。借助宇宙飛船，人類于1969年7月21日登上月球。為將在月球上收集到的各種信息發回地球，必須在月球上架設直徑達數米的半球形月面天線，這種龐然大物直接放進宇宙飛船的船艙中，幾乎是不可能的。用“記憶合金”做成天線使其成為現實。

美國宇航局先用鎳鈦合金在40℃以上制成半球形月面天線，該溫度下天線剛度很好，非常強硬，再讓天線冷卻到28℃以下，這時合金內部發生了結晶構造轉變，變得十分柔軟，很容易把天線折疊成小球似的一團，放入飛船船艙里。到達月球后，宇航員把變軟的天線放到月面上，借助陽光照射使環境溫度超過40℃，這時天線記憶起原先的形狀，猶如一把折疊傘自動張開，迅速投入正常工作。

形狀記憶合金還是特殊鉚接的能手，消除了錘擊產生的噪音。用它做鉚釘，只需先加熱到轉變溫度以上，把鉚釘兩腳分開并彎曲，再冷卻到轉變溫度以下把它拉直，插入被連接的零件孔中，最后再將其加熱到轉變溫度以上，它就記憶起以前的形狀，自動把零件緊緊鉚住。尤其適合在狹小空間、具有化學介質、放射性物質或其他惡劣的工作環境中應用。美國產的F—14飛機上液壓系統管道，由于結構緊湊無法焊接，即采用上述方法用記憶合金連接套管處理。廠家至今已使用10萬多個記憶合金接頭，無一損壞。

醫療上，記憶合金應用更為廣泛。骨科手術中，用形狀記憶合金制成人工骨骼拉桿，依靠體溫即可將骨縫結合同定，加快了骨折愈合速度。將形狀記憶合金事先連接在彎曲的脊椎骨上，靠人的體溫使合金伸直，可達到矯正脊椎骨的目的。用形狀記憶合金補牙，任蛀洞七彎八繞，也可鑲嵌得十分緊密。此外，它還可用于人造心臟瓣膜、人造關節、人工腎微型泵、腦動脈瘤手術鉗等。

能源開發上，使形狀記憶合金往返于溫差為20℃～30℃的冷熱水槽之間，利用它的變形、恢復產生的力量，推動主軸旋轉，可做成動力機械。由此制成的發動機稱為固體熱能發動機。目前美國、英國。比利時等諸多國家正在研究之中。利用太陽能、地熱能、工廠余熱工作，無廢渣、廢氣、不污染環境，前景十分看好。

記憶合金的出現，到現在僅幾十年時間，已發展到幾十種之多；應用遍及航天、航空、軍事、工業、醫療、化工、機械等部門，而且處處大放異彩。相信隨著人們認識的深入，它將在更大范圍內顯示其獨特、有“靈性”的本領。