形状记忆合金:金属界的“变形金刚”丨科普面对面
来源:中国民族报 张胜男 发布日期:2025-02-15浏览(10)人次 投稿收藏

  我们通常认为,只有人和部分动物才具有记忆的能力,非生物一般不会有这种能力。然而,一些金属也有记忆,这听起来像是科幻电影里的设定,却在自然界真实存在。

  在金属家族,形状记忆合金堪称“变形金刚”。一般的金属材料形变超过其弹性极限时,将产生永久变形,即便再次加热,也不能完全恢复。而有一些金属,不管被改变成什么形状,当加热到一定温度时,总是能丝毫不差地回到原来的形状。人们把这种现象叫作形状记忆效应,具有这种效应的金属,被称为形状记忆合金。

  形状记忆合金一般由两种及以上的金属元素构成,能够在温度和应力作用下发生相变。那么,形状记忆合金是如何记住它原本的形状的呢?这与它的晶体结构会随温度变化有关,在不同温度段,材料整体的状态会发生变化。

  高温下,金属以一种叫奥氏体(高温母相)的结构存在,原子的堆积方式较为稳定,具有优异的塑性和韧性,易于进行各种塑性变形和加工操作;当温度冷却,奥氏体就会变成马氏体(低温相),这是一种硬而脆的组织。形状记忆金属能记忆住不同温度段下的晶体结构,当达到特定温度时,马氏体与奥氏体之间进行转换,就会变成对应的结构状态,形状也就相应地发生了变化。如此一来,我们便可以看到记忆合金恢复原状的神奇过程。

  除了形状记忆效应,形状记忆合金还有一种特性叫超弹性,具有比一般金属更强的变形恢复能力。正因为这两种特性,形状记忆合金被誉为神奇的功能材料,被广泛应用于航天航空、生物医疗及日常生活等多个领域。

  早在20世纪60年代,阿波罗11号就利用形状记忆合金制成抛物面型天线。在地面将天线设计好后,折叠放入登月舱内,有效降低了天线所占的空间,登月舱到达后,受太阳辐射加热,折叠的卫星天线因具有记忆功能而自动展开,开始执行命令,向地球传送回丰富的信息。此外,我们日常生活中的记忆镜框、记忆餐具以及医疗方面的心血管支架、人造骨骼等都用到了记忆合金。

  迄今为止,人们已经发现了三大类形状记忆合金。虽然它的开发迄今不过几十年,但因其在各个领域的特效应用,正广为世人所瞩目。我们相信,随着科技的不断创新,形状记忆合金将在我们的生产、生活中大放异彩,让我们的生活充满更多可能。

(编辑:马永

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