你知道什麼是記憶金屬?一種受熱會立刻復原的金屬?

2020-12-05 冷科普知識

記憶金屬是什麼,為什麼丟進熱水裡能立即復原?把一根曲別針扭曲變形後扔進熱水裡,他竟然瞬間被打回原形。把一根彈簧使勁拉直後,用噴火槍加熱金屬絲立馬縮回原來的螺旋狀態。看到這些現象不禁發出疑問,難道說金屬也擁有記憶力嗎?

其實剛剛看到的並不是普通的曲別針和彈簧,而是由液態合金製作而成的記憶金屬,也叫形態記憶合金。1963年,美國海軍軍械研究所的工作人員比勒意外發現,高溫燒制後的鎳鈦合金絲,在低溫環境中可以任意拉伸,但是一旦對他再次加熱,金屬絲就會瞬間變回原來的形態。

這種現象被稱為形狀記憶效應,一經發現便激起了鎳鈦合金的研究熱潮。那麼究其根本,記憶金屬為什麼會有這個「特異功能」呢?這與它的晶體結構會隨溫度變化有關,鎳鈦合金在40度以上和40度以下的晶體結構是不同的,高溫環境中的晶體結構具有較高的對稱性,而溫度低於40度時,單一取向的高溫下會轉變為具有不同取向的馬氏體變體。在拉伸變形的過程中,馬氏體變體逐漸統一為單一取向。此時如果突然將溫度升高到40攝氏度以上,馬氏體就會發生逆轉變,變回之前單一取向的高溫相。

如此一來,我們便可以看到鎳鈦合金,恢復記憶的神奇過程。基於這一特性,人類也開始了各種奇思妙想,其中一項引擎設計非常有趣,它有兩個不同大小的輪子和一圈鎳鈦合金絲組成,將下方的小輪子進入75度的熱水中,然後用手輕輕轉動一下上方的輪子。

這時整個引擎設備便轉動起來了。設計者巧妙地利用了室溫25度,與水溫75度的差別,使鎳鈦合金絲不斷的收縮和膨脹,從而為引擎源源不斷的提供動力。目前,關於記憶合金引擎的多項設計已經獲得了專利,但是出於材料價格,商品製造以及設備可行性的問題,此類引擎始終沒有超出原型階段。

而在現實生活中,鎳鈦合金的另一項重要性質,「超彈性」的應用則更為廣泛,即在外力作用下,記憶型鈦合金比一般金屬的變形恢復能力更強。醫學領域中的人造骨骼,傷骨固定加壓器,牙科矯正器等,建築領域中的抗震結構,以及生活中可以見到的形態記憶合金眼鏡框架,都利用了這一性能,他們可以承受比普通材料大得多的變形而不發生破壞。

因此,我們不妨大膽的設想一下,未來的某天人類會不會駕駛著引擎和外殼都是由基金屬製造而成的汽車呢。

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