青少年喜欢的科技前研:神秘的金属记忆力

人类有记忆能力,这是天经地义的事,没有什么可怀疑的。如果说金属也有记忆能力,那人们会感到很惊奇。而事实上,确实发现金属也有记忆能力。

1958年,美国海军军械实验室冶金师布勒在研究镍一钛(Ni-Ti)合金时无意中发现,在不同温度下镍一钛合金相碰撞时,发出不同的声音。刚从炉子里取出的合金棒相碰撞发出清脆的声音,而冷却到室温后,则发暗哑迟钝的声音。他敏锐地意识到,温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响,但并未注意到是一种记忆现象。后来在1963年的一次实验中,需要用镍一钛合金丝,因为得到的镍-钛合金丝是弯弯曲曲的,使用起来不方便,所以实验前需把这些合金丝一根根拉直,然后做实验。实验中出现了令人惊异的奇怪现象:实验温度升到一定值时,这些原来拉直的合金丝突然无一例外地全部变成弯弯曲曲的形状。反复多次实验,结果都一样,而且发现无论你把镍钛合金丝拉得多么直,当温度达到某一定值即称为转变温度时,就会完完全全恢复到原来的弯曲形状。这个实验过程我们可以给出一个有点人情味的描述。当环境温度远离转变温度时。镍一钛合金是没有“知觉”的,可以任凭你折腾它,随意改变它的形状。但是当环境温度一旦达到转变温度时,则镍一钛合金丝即被“唤醒”,恢复知觉,立即有“记忆力”,马上恢复到本来的面目。科学家把这种现象称为形状记忆效应。具有这种效应的合金称为形状记忆合金。镰——钛合金的转变温度为40℃,为了好记也可以称为“记忆温度”或“唤醒温度”。

合金具有奇特的形状记忆能力,从本质上说,是合金内部徽观结构固有的变化规律所决定的。固态金属合金中,原子是按一定的规律有序排列的。有的合金随环境温度的变化,内部原子的排列方式也会发生变化。当温度回到原来的数值时,合金内部原子的排列又会恢复到原来的排列方式。

形状记忆合金与普通金属材料的不同是很明显的,而它与超弹性材料的不同在于超弹性材料是在解除外力后即恢复原状。而记忆合金要由“转变温度”唤醒其记忆力后才恢复原状。

经过20年来的发展,形状记忆合金从镍一钛合金开始,发展到镍-钛系合金、铜系合金和铁系合金等,形成系列产品。

1969年,美国阿波罗登月舱曾在月亮上安置直径数米的半球形天线。这座天线是用当时研制成功不久的形状记忆合金材料按设计要求制造的,然后降低温度把它压成一团,装进登月舱送上月宫。当天线在太阳光的照耀下温度升高到记忆温度(转变温度)时,天线的记忆力被“唤醒”,恢复了本来的形状,于是一座半球形天线便屹立于月球上了。现在,数千颗人造卫星正在天外邀游,为了向地球发射有用的信息,往往要安装形状记忆合金天线,成为人类获取天外信息所不可缺少的重要材料。

在医学上,镍一钛合金与生物体有较好的相容性,可以在人体内作为固定折断骨骼的插销,做成接骨板,使断骨紧紧相接;用记忆合金做成极精细的网络,然后降低温度压成细丝,插入血管,由于体温使它恢复了网络形状,所以在血管里起到血栓的过滤器作用;还可用于牙齿矫形弓丝、女性胸罩、人造心脏等。由于形状记忆合金应用于医学,故成为有利于人类康复的好材料。

工程上某些领域如航空、航天、核工业和海底输油管道等,为了保证系统万无一失,管道连接处常采用记忆合金管套,用形状记忆合金加工成内径比要接的管子的外径小4%的套管,然后在低温度下将套管直径扩大8%,再把要连接的两根管子从套管两端插入,当温度升到常温后,有记忆的套管就恢复原形,使管子紧密连接。

形状记忆合金可以作为智能材料应用。例如,利用它在加热和冷却时会产生伸缩力的特点,因而做成驱动机器人手臂的机构,这样就不需要传统的促动器上的齿轮、凸轮等机械机构,而由智能材料(记忆合金)自身的功能来表现。

相关推荐文章:青少年喜欢的科技前研:能导电的塑料 一般认为,塑料是一种很不错的电绝缘体。的确,绝大部分的塑料都具有优异的电绝缘性能,因此,你在家里可以见到塑料做成的电线包覆、插座、插头以及电器外壳等。如果塑料能导电,那么,我们当中有许多人不就随时有触电的可能?! 但是,在这一般认为不能导电的塑料家族中,却出现了一批让人看不懂的新成员,这就是“能导电的塑料”。 20世纪70年代初,在日本东京技术学院的一个实验室里,有一名研究生想利用普通乙快制造一种叫做聚乙炔的塑料。这种塑料是一种黑色的粉末,在1955年首先合成,但是,没有人了解它更详细的情况。这位研究生在70年代所…青少年喜欢的科技前研:“挑战钢铁”的工程塑料 一般的塑料很轻,但强度还是比钢铁差。可是塑料易于成型的优点,吸引了机械制造业的工程师。比如,有的金属部件,因形状复杂,往往需要用几个零件组成。而若采用塑料,就可以运用模压技术,一次就能制造出复杂的组合件,还不需要像金属那样进行第二次加工,大大降低了制造成本。在这样的背景下,美国的杜邦公司在1960年提出了让塑料“向钢铁挑战”的口号。 从此,开始出现了所谓“工程塑料”这一塑料新品种。经过20多年的努力,在80年代出现了以金属为挑战对象的庞大的工程塑料系列。 工程塑料的特点是,它能充当受力的结构件,能长期保持尺寸稳定,…青少年喜欢的科技前研:液体磁铁 呈固态的磁铁人们并不陌生,然而,现代科学技术却创造了一种全新的材料——液体磁铁。 液体磁铁中的“液体”,是一些尺寸为0.1-1.5微米的铁磁微粒。把它掺人液体中,并采取措施使这些微粒均匀地悬浮于液体之中,就形成了液体磁铁。液体磁铁的性能极其稳定,即使连续工作几千小时或在超重的情况下,它也不会分崩离析。 大家知道,凡是机械装置都要使用润滑剂来减少摩探。但是,假如采用液体磁铁润滑油,便可以避免通常轴承在油中“游泳”的情况。这样既可减少摩擦,文可提高轴承的使用寿命,而且机械部件还不会产生噪音。此外,液体磁铁还具有更为广阔…青少年喜欢的科技前研:走进超导世界 超导材料是一种没有电阻的材料,既能节约能量,减少电能因电阻而消耗的能量,还能把电流储存起来,供急需时使用。自从世界上以电力作为主要动力以来,就遇到两个令人头痛的问题,一是在输送电流时,不少电力因导线有电阻而发热,白白损失了相当的能量。另一个问题就是,白天的电力常常严重不足。而深夜的电力又大大富余,搞得发电机常常白天超负荷运转,深夜时却空转,电力白白浪费了。能不能把夜间富余的电力储存起来用以弥补白天电力不足的难题呢? 自从有了超导材料以来,解决这个问题就大有希望了。超导材料是怎么发现的呢?那是1911年,许多科学家发…青少年喜欢的科技前研:“善解人意”的智能材料 1992年9月22日,美国阿拉巴马州铁路桥突然崩塌;90年代中期,韩国汉城有一座大型公路桥也出现同样事故……由此使人们担心,世界上的其他桥梁是不是哪一天也会突然崩塌呢?人们的这种担心并非多余,这是因为一桥梁无论是由何种材料建成的,它都有一定的使用年限。但是,所有桥梁的使用年限未必都相同。正如预料人的寿命一样,人们无法精确预测某一座桥的使用年限。如果把还能使用的桥梁毁了去造新的桥,那样做固然保险,但却未免太可惜。假如确信还能使用,说不定某一天却突然损坏,这样就将造成无法挽救的惨祸。因此,无论如何得有一个好办法,以便来…

未经允许不得转载:全书网 » 青少年喜欢的科技前研:神秘的金属记忆力

赞 (0)