记忆金属是一种神奇的材料。当我们把一根曲别针或弹簧扭曲、变形后,只需把它们投入热水中,它们竟然可以立即复原,回到原来的形态。这种奇特现象引发了我们的好奇心,难道金属真的拥有记忆力吗?事实上,我们刚刚看到的并不是普通的金属,而是由镍钛合金制成的记忆金属,也被称为形态记忆合金。
记忆金属最早是在年由美国海军军械研究所的比勒意外发现的。当高温烧制后的液态合金丝处于低温环境中时,它可以被随意拉伸,但一旦再次加热,金属丝会迅速恢复原来的形态。这种现象被称为形状记忆效应,一经发现,就引起了镍钛合金研究的热潮。
那么,记忆金属之所以具有这一特殊功能,与它的晶体结构随温度变化有关。镍钛合金在40摄氏度以上和40摄氏度以下的晶体结构是不同的。在高温环境中,晶体结构具有较高的对称性,而在低于40摄氏度时,高温结构会转变为具有不同取向的马氏体结构。在拉伸变形的过程中,马氏体变体会逐渐统一为单一取向。此时,如果突然将温度升高到40摄氏度以上,马氏体就会发生逆转变,变回之前单一取向的高温结构。通过这一过程,我们就可以看到镍钛合金的恢复记忆的神奇过程。
基于这一特性,人类开始了各种创意和设计。其中一个非常有趣的设计是一种引擎,它由两个不同大小的轮子和一圈镍钛合金丝组成。将下方的小轮子浸入75摄氏度的热水中,然后用手轻轻转动上方的轮子,整个引擎就会开始转动。设计者巧妙地利用室温25摄氏度与水温75摄氏度的差别,使镍钛合金丝不断收缩和膨胀,从而源源不断地为引擎提供动力。目前,关于记忆合金引擎的多项设计已经获得了专利,但由于材料价格、商品制造以及设备可行性的问题,这些引擎仍然停留在原型阶段。
在现实生活中,记忆金属的另一个重要特性——超弹性,具有更广泛的应用。它可以承受比一般金属更大的变形而不会破坏。在医学领域,我们可以看到人工骨骼、伤骨固定加压器和牙科矫正器都采用了形态记忆合金。在建筑领域,抗震结构依靠形态记忆合金的应用,能够在外力作用下保持稳定。此外,在生活中,我们也可以见到一些运用形态记忆合金的眼镜框架等产品。它们能够承受更大的变形,也更持久耐用。
或许在未来的某一天,人类可以驾驶一辆由记忆金属制成的汽车,不仅引擎,甚至外壳都由记忆金属组成。这样的材料能够给予车辆更好的弹性和抗冲击性能,保护乘车人的安全。当然,这只是一个大胆的想象,但随着科技的进步,我们期待记忆金属在更多领域的应用和发展。