有记忆能力的金属—记忆合金

自古以来，人们总认为，只有人和某些高级动物才有“记忆”能力，而非生物是不可能具有这种能力的。可是，在 60年代初，美国海军研究所一个研究小组，偶然发现镍钛合金丝竟然也具有一种“形状记忆”的本领。事情的经过大体是这样的，该研究小组试验需一些镍钛合金丝，当他们将合金丝领回来时，发现这些合金丝是弯弯曲曲的，使用起来很不方便。于是他们将细丝一根根拉直。在试验过程中，他们发现：当温度升到一定温度的时候，这些已经拉直的镍钛合金丝，突然又恢复到原来的弯弯曲曲状态。他们反复作了多次试验，结果都是一样。美国海军研究所的这一发现，引起了科学家们的极大兴趣，他们对此进行了深入的研究，发现铜锌合金、铜铝镍合金、铜铝镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领，即人们可以在一定温度范围根据需要改变它们的形状，到了一定的特定温度，它们便一个个自动恢复到自己原来的形状。而这一“改变—恢复”的现象可重复进行，其记忆力决不会降低。人们把这种现象叫做“形状记忆效应”，将具有“形状记忆效应”的合金，叫做“形状记忆合金”。为什么有些合金会“不忘”自己的原形呢？
     原来，这些合金都有一个特殊转变温度，在转变温度以下，金属晶体结构处于一种不稳定结构状态，在转变温度以上，金属结构是一种稳定结构状态，一旦把材料加热到转变温度以上，不稳定的晶体结构就转变成稳定结构，材料也就恢复了原来的形状。记忆合金由于它们有着奇妙的作用，因此在很多重要地方显示了它们非凡的本领，向人类表明了它们具有很大的发展前途。火灾历来是人类的大敌，一场大火，可以使得人类千百年来创造的文明化为灰烬。千百年来，人们为对付火灾，可谓绞尽了脑汁。在这方面记忆合金可大显神通。人们可用记忆合金制成元件，安装在工厂、仓库、宾馆等建筑的电路中，并选择记忆合金的“转变温度”和环境的安全温度相近，当环境的温度高于“安全温度”时，也就是说即将发生火灾，此时记忆合金元件发生形状变化，接通电路，从而发出报警信号，人们会迅速将火灾消灭在发生之前。如果将记忆合金元件直接与自动灭火装置相连，即是火灾发生了，自动灭火装置会迅速启动，自动灭火。用记忆合金还可制造新的刹车系统，以减少汽车事故的发生。
     我们知道，一般汽车急刹车时，是由汽车的“制动片”去卡车轮的转轴，由于制动片是由一般金属做的，总不能使汽车立即刹车，事故也往往发生在这一瞬间。如果在汽车的轮胎中锒嵌几圈记忆合金，当遇到情况紧急刹车时，由于轮胎与地面摩擦产生热量，记忆合金会迅速恢复原来形状，纷纷向外凸出牢牢卡住汽车轮转轴，使高速行驶的汽车迅速停住，避免车祸的发生。用记忆合金连接管道效果极佳，只需要选择转变温度低于使用温度的记忆合金，做成内径比对接管子外径稍细的管头，然后在转变温度下，将它的口径稍加扩大，用它把需要对接的两根管子套住，放到使用环境中，由于使用环境温度高，记忆合金恢复了原来形状，缩小了尺寸，可以把两根管子牢牢的连接起来。这种方法，既操作简便，又坚固耐用。
     美国登月宇宙飞船上的自展天线，也是用镍钛形状记忆合金制造的。科学家们首先用这种合金在40℃以上做成大半球形展开天线，然后冷到40℃以下，施加外力，把天线折叠成小球团，放进飞船里，只占很小空间。登月后，经太阳光照射，温度可达到40℃以上，此时，天线会自动展开，恢复成原来的大半球形状，一架像大伞似的天线，便在月球上安装成功了！形状记忆合金目前已发展到了几十种，使用领域已遍及航空、军事、工业、农业、医疗等广泛领域中。我们相信，在未来的岁月中，这种年轻奇妙的材料，必然会大展宏图，造福于人类！