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中国科学院金属研究所
形状记忆合金
材料新视野
2015年11月24日
? ? 形状记忆合金,顾名思义是具有形状记忆功能的金属材料,这种“记忆”效应是1932年由瑞典人奥兰德在金镉合金中发现的。奥兰德观察到当金镉合金的形状被改变后,在加热到一定的温度时材料又会变回原来的形状(该温度称为材料形状恢复的跃变温度),之后人们把这种具有特殊功能的合金称为形状记忆合金。
? ? ?在随后的研究中,人们逐渐发现了钛镍基、铁基、铜基等形状记忆合金。形状记忆合金作为一种新型的功能材料其用途十分广泛,其中最成功的范例为钛镍形状记忆合金在人造卫星天线的应用。由于卫星天线的形状为直径数米的半球形,而将如此大的天线通过航天飞机运送到外太空其难度可想而知。1969年,美国将钛镍记忆合金制成卫星天线,非常巧妙地解决了这一问题。其具体原理是:将钛镍基形状记忆合金在其跃变温度以上按要求制备成卫星天线,然后降低温度将其压缩成一团,装进人造卫星的登月舱带到月球上,这样卫星天线的体积将缩小到原来的千分之一。将经过压缩后的卫星天线放置在月球上,经过太阳的照射达到钛镍合金的跃变温度,卫星天线则恢复成为一个半球形。
在我们的现实生活中,形状记忆合金也得到了广泛的应用,例如在医学领域中的心脑血管支架,在治疗心脑血管疾病中,形状记忆合金为解决心脑血管阻塞的问题提供了一条可行的途径。通过调整成分,设计出一种跃变温度低于人体体温的记忆合金,首先在跃变温度以上将记忆合金制备成血管支架的形状,然后在较低的温度下将其体积压缩,用于血管支架导入,当将血管支架置于需要扩张的血管处,处于人体体温环境时,记忆合金将恢复到其原始的形状,从而起到了扩张血管的作用。此外,由形状记忆合金制备的勺子、牙刷、洋娃娃以及机器蝙蝠等,在为人类的生活带来了更多便利的同时,也将更多的不可能变成为现实。
记忆合金作为一种新型的功能材料将会越来越多地受到人们的关注。迄今为止,记忆合金已经在各种领域都有应用,未来其仍然具有非常大的开发潜力。例如,倘若我们可以用记忆合金作为汽车的结构材料,当汽车发生碰撞后只须将损伤处加热到跃变温度以上就可以恢复到其原始形状,这将极大地降低人力物力,也节省了大量的社会资源。