記憶是神經(jīng)系統(tǒng)儲存過往事物的能力。
往往是人或者高級生物特有的一種能力。
那如果把這種能力運用在金屬材料上,又會發(fā)生什么呢?
比如下面這根鐵絲,無論怎么改變它,它都會在一定條件下自動恢復原狀,這就是“記憶金屬”。
那“記憶金屬”為什么有這樣的特性呢?它也有神經(jīng)嗎?
“記憶金屬”又叫“形狀記憶合金”,是一種特殊的合金材料,主要以鎳鈦合金為主。
它可以在一定的溫度下像塑料一樣,發(fā)生塑性形變,但是在某種溫度下,又可以恢復原狀,具備一定的“記憶能力”。
1932年瑞典人奧蘭德,在金鎘合金中首次發(fā)現(xiàn)了這種效應。
直到1963年美國海軍軍械研究所的比勒發(fā)現(xiàn),把鎳鈦合金絲燒成彈簧放進冷水中,可以塑造成各種形狀。
可當把其放入40度以上的熱水時,鎳鈦合金又恢復回原來的彈簧形狀,這是因為鎳鈦合金在40度以上和40度以下的晶體結構是不一樣的。
這里的晶體結構可以簡單理解為:金屬材料的內(nèi)部組成結構,是微觀單位的有序對稱排列組合,彼此之間密集的堆積在一起。
而40度就相當于鎳鈦記憶合金的“變態(tài)溫度”,這個“變態(tài)”是指改變形態(tài),不要想歪。
這種材料的晶體結構會隨著溫度的變化而變化,處于高溫狀態(tài)下時的晶體會具有較高的結構對稱性,相反,因為狀態(tài)會使單一取向的高溫相轉變?yōu)榫哂胁煌∠虻鸟R氏體變體。
當處于40度以下的溫度環(huán)境時,馬氏體變體會不斷消減,最后轉變?yōu)榫哂袉我蝗∠虻挠行蝰R氏體元件。
而當溫度升高至40度以上時,這種低對稱和單一取向的馬氏體就會發(fā)生變化,重新恢復成原來的單一取向的高溫相。
也就是說,記憶合金之所以會變形后恢復原狀,是因為它記住了不同溫度階段下的晶體構造,所以當達到特定溫度時,就會相對應的進行微結構狀態(tài)的變化,也就形成了我們觀察到的形態(tài)變化。
其實,每種記憶合金都有自己的“變態(tài)溫度”,這種材料最大的特點就是記憶力超強,且彎曲和可塑性也很強。
除此之外,它的耐磨性、耐疲勞度和耐腐蝕性也相當優(yōu)秀,因此如今也在各個領域大施拳腳。
汽車領域
使用記憶金屬合金作為輻射狀的材料,可以增強輪胎的承重能力,超彈性的特點也減少了爆胎的可能性,改善行車安全。
座椅中的氣囊,在一定的壓力下,座椅上的腰托可以完美地貼合司機或乘客的腰部。
此外,記憶合金還用于制造致動器,使汽車后備箱更容易關閉,以及制造閥來控制發(fā)動機中的噪聲和振動(這是汽車工業(yè)中的一個重要性能指標),改善噪聲、振動和聲振粗糙度。
航空航天
用于開發(fā)輕量級、安靜、高效的設計:這三個因素一直是飛行器設計的焦點。可變截面扇形噴嘴、減震器和致動器等部件都由金屬合金材料制成。這些裝置在正常溫度下為奧氏體,在因飛行器周圍氣流導致的溫度變化或正常飛行過程中環(huán)境溫度的變化而冷卻時轉變?yōu)轳R氏體(以及所需的形狀)。
建筑
記憶合金有助于對橋梁或建筑物施加預應力。從較小尺度上來說,形狀記憶材料可用于在管道系統(tǒng)中增強管件的可靠性。
醫(yī)學
將記憶合金應用于生物醫(yī)學可以減少患者對醫(yī)療干預的需求。比如,醫(yī)用支架可植入動脈,以微創(chuàng)方式改善心臟病患者的血液流動。微型執(zhí)行器和人造肌肉依靠記憶合金來制造機械假肢器官,幫助截肢患者更加自如地活動。
還有牙齒矯正等。
生活日用
日本一家日用品公司生產(chǎn)的“記憶”胸罩投入市場后立刻受到廣大女性的青睞;
日本古河電氣工業(yè)公司生產(chǎn)的形狀記憶合金眼鏡架,能隨鏡片伸縮而改變形狀,始終保持與鏡片的緊密結合。