形狀記憶合金特性及為何具有記憶

形狀記憶合金概述

記憶合金在生活中應(yīng)用的非常廣泛，如鈦合金金屬眼鏡架，在生活中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。這種類型的金屬在日常生活中為了滿足使用功能也是發(fā)揮了十分強大的功能。形狀記憶合金最早發(fā)現(xiàn)于上世紀60年代期間，有一個專注海軍軍用器械研究的美國科學(xué)家叫比勒，他把鎳與鈦兩種金屬制成合金。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，這些合金金屬絲能恢復(fù)成了它們本來的形狀，因此他稱作這種金屬具有“記憶功能”。

金屬材料在發(fā)生塑性變形之后，再次通過加溫加熱的過程又會恢復(fù)它本來的樣子,卻是該物理學(xué)效應(yīng)的一個悖證,國際上命名該現(xiàn)象叫做形狀記憶效應(yīng)（SME）。而這種金屬并非天然存在的，而是通過人為將兩種或兩種以上的金屬制成的合金。在現(xiàn)實生活中廣泛應(yīng)用的有Ti、Ni兩種金屬的合金和Cu、Al、Be三種金屬的合金，同時也可在以上兩種合金中添加別的元素來產(chǎn)生新類型的合金。

形狀記憶合金特性及為何具有記憶

（一）形狀記憶合金特性

合金記憶特性因不同合金材質(zhì)特性有所差異，以NiTi記憶合金為例，其主要特性具有以下四點：（1）記憶性形狀記憶合金材料在進行加熱或加溫后能夠恢復(fù)成本來的樣子，該現(xiàn)象即形狀記憶合金的特性。（2）形狀記憶合金在受到外力作用時會發(fā)生暫時性的形變，但是撤出外力作用時會恢復(fù)原狀，該現(xiàn)象說明形狀記憶合金具有超彈性的特性。（3）阻尼性。形狀記憶合金就是因為相變的自我調(diào)整與相變中產(chǎn)生的界面及運動，具有非常好的阻尼性。（4）電阻性。形狀記憶合金在變形過程中，其電阻與應(yīng)變之間是線性的關(guān)系。

（二）具有記憶原因

形狀記憶合金具有記憶性，主要表現(xiàn)在合金的結(jié)晶狀態(tài)，合金在加熱及常溫下的狀態(tài)是不同的。從外表上觀察，其表面結(jié)構(gòu)并無變化，但是經(jīng)過加熱或者加溫后。合金的原子結(jié)構(gòu)排列方式發(fā)生了變化，該現(xiàn)象科學(xué)上命名為相變?？梢姕囟仁且鹩洃浐辖馉顟B(tài)改變的是溫度的變化。研究認為，該種類型的合金的晶體結(jié)構(gòu)變化是可逆的。當合金中構(gòu)成比例分別為一半Ti金屬而另一半為Ni金屬時，產(chǎn)生了菱形及立方體形的晶體結(jié)構(gòu)。這兩種晶體結(jié)構(gòu)會相互轉(zhuǎn)變。它們之間存在一個臨界溫度。在高于或者低于該溫度時，晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致金屬形狀的變化。

形狀記憶合金種類

記憶合金根據(jù)“記憶”效應(yīng)不同可以分為不同類型。目前記憶合金主要分為以下三個種類：

（一）單程記憶效應(yīng)

記憶合金在一條件下（如低于臨界溫度）時會發(fā)生變形，而在加熱加溫之后又會恢復(fù)原狀，稱之為單程記憶效應(yīng)。
?。ǘ╇p程記憶效應(yīng)
　　某些記憶合金會因為溫度臨界點上下的變化而呈現(xiàn)兩種不同的形態(tài)的，稱之為雙程記憶效應(yīng)。
  （三）全程記憶效應(yīng)
　　在加熱或者冷卻時呈現(xiàn)高溫相或者低溫相狀態(tài)的稱之為全程記憶效應(yīng)。 

記憶合金使用領(lǐng)域

形狀記憶合金因為其形狀記憶的特性，目前在醫(yī)療、工業(yè)器械、電子元器件及日常生活中都有廣泛的使用。

（一）醫(yī)療器械

    記憶合金在義肢制造使用過程中及醫(yī)療器械中都應(yīng)用十分廣泛，例如微型機械手的制造與應(yīng)用?？梢酝ㄟ^Ti、Ni兩種合金制成的記憶金屬制作成彈簧來滿足螺旋彈簧的開閉和彎曲動作，同時用該合金絲的伸縮性來滿足肘及肩膀的彎曲動作，而且都可通過調(diào)節(jié)電流進行控制。在醫(yī)療器械方面如牙齒整形中作為矯正材料也有是普遍的應(yīng)用。

（二）工業(yè)產(chǎn)品的應(yīng)用

形狀記憶合金因其獨特的形狀記憶特性在工業(yè)產(chǎn)品中的使用也十分的廣泛，①因其單程形狀記憶效應(yīng)的特點，可以應(yīng)用在電線，接頭等地方。②外因性雙向記憶恢復(fù)。即利用雙向記憶恢復(fù)效應(yīng)隨外界溫度變化的形變效應(yīng)，如熱敏元件、機器人、接線柱等。③內(nèi)因性雙向記憶恢復(fù)。即利用雙程記憶效應(yīng)隨溫度升降做反覆動作，如熱機、熱敏元件等。④超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱等。

（三）電子產(chǎn)品

形狀記憶合金在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用一般是一些調(diào)節(jié)器和感知器，比較常見的就是電飯鍋壓力調(diào)節(jié)器、電子爐灶換氣門的開閉器和飲用水沸騰感知器等，在理療和調(diào)理方面，常見的有電磁調(diào)理器過熱感知器和溫泉浴池調(diào)理器等。

（四）日常生活中

形狀記憶合金在日常生活中也比較如常見，如一些常見的換氣、轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)裝置，例如空調(diào)進出口風(fēng)向調(diào)節(jié)器、衛(wèi)生間洗滌器水管轉(zhuǎn)換開關(guān)、家庭換氣門開閉器、浴池保溫器、凈水器熱水防止閥和恒溫箱混合水栓溫度調(diào)節(jié)閥等。在日常裝飾方面，與眼鏡相關(guān)的固定件、框架等一般也是采用記憶合金制成。

結(jié)語

通過以上論文的描述，詳細分析了形狀記憶金屬的特性、使用方范圍和種類。現(xiàn)階段對于記憶合金的研究與開發(fā)還有很長的一段路要走。在不久的將來我相信經(jīng)過各個研究者前仆后繼的努力，在這塊研究一定會取得更大的進步。同時我國的合金應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣。

本文來源：《魅力中國》：http://xwlcp.cn/w/wy/25805.html