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不久的將來(lái)，汽車的外殼也可以用記憶合金制作

　　美國(guó)科幻電影《變形金剛》給人留下了深刻的印象，特別是其中的各種機(jī)器人身上可以隨意變形的錚錚金屬部件，以致有人暢想未來(lái)能造訪地球的外星人一定是生物與機(jī)器相結(jié)合的超級(jí)人類。那么，在現(xiàn)實(shí)中，金屬是否真的可以像皮筋一樣伸縮自如，其會(huì)給科學(xué)發(fā)展和人們的日常生活帶來(lái)怎樣的變化呢？

　　身為金屬可“記憶”
　　一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達(dá)到屈服點(diǎn)，就產(chǎn)生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀。在發(fā)生了塑性變形后，經(jīng)過(guò)合適的熱過(guò)程，能夠恢復(fù)到變形前的形狀，這種現(xiàn)象就叫做形狀記憶效應(yīng)。具有形狀記憶效應(yīng)的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMAS）。而研發(fā)出能夠隨著操作環(huán)境自發(fā)地調(diào)節(jié)形狀變化的形狀記憶合金一直是工程師的夢(mèng)想。
　　1963年，美國(guó)海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內(nèi)，把一種鎳—鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40攝氏度以上的熱水中，該合金絲就恢復(fù)成原來(lái)的彈簧形狀。后來(lái)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些其他合金也有類似功能。而每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個(gè)轉(zhuǎn)變溫度，在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉(zhuǎn)變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，該合金便會(huì)自動(dòng)地恢復(fù)到原先在轉(zhuǎn)變溫度以上加工成的形狀。
　　由此，科學(xué)家在鎳—鈦合金中添加其他元素，進(jìn)一步研究開發(fā)了鈦鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金等。

　　神奇的功能材料
　　由于這種“神奇的功能材料”具有諸多優(yōu)異性能，為人矚目，因而被廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個(gè)領(lǐng)域。
　　1969年7月20日，美國(guó)宇航員乘坐“阿波羅11”號(hào)登月艙在月球上首次留下了人類的腳印，并通過(guò)一個(gè)直徑數(shù)米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個(gè)龐然大物般的天線是怎么被帶到月球上的呢？就是利用形狀記憶合金的特性，在高溫環(huán)境下制作好天線，再在低溫下把它壓縮成一個(gè)小鐵球，使它的體積縮小到原來(lái)的千分之一，這樣很容易運(yùn)上月球。放置于月球后，在陽(yáng)光照射下，達(dá)到該合金的轉(zhuǎn)變溫度，天線“記”起了自己本來(lái)面貌，變成一個(gè)巨大的半球，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。
　　近年來(lái)，針對(duì)地震所造成的破壞暴露了現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)面對(duì)強(qiáng)烈的地面移動(dòng)時(shí)存在的脆弱性，美國(guó)喬治亞理工學(xué)院研究人員對(duì)形狀記憶合金材料進(jìn)行分析，了解其用于抗地震結(jié)構(gòu)材料的潛力，并開發(fā)熱力學(xué)和力學(xué)方程相結(jié)合的模型以了解形狀記憶合金在強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)條件下的變化，由此，分析出形狀記憶合金在不同建筑組件（電纜、鋼筋、板材和螺旋彈簧）中對(duì)不同外界條件的反應(yīng)，由此決定材料的最佳抗震特性。
　　作為一類新興的功能材料，記憶合金在日常生活中的很多新用途正在不斷開發(fā)，例如用它制作眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀；應(yīng)用在女性胸罩內(nèi)的鋼絲合金在接觸到體溫后，可以回復(fù)至原來(lái)胸部的體形。而不久的將來(lái)，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢又省力，很是方便。

　　還要表現(xiàn)更出色
　　目前，一些市面上的形狀記憶合金最高只能運(yùn)行到溫度約90攝氏度，還沒有在較高溫度下可變形的合金。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和中央佛羅里達(dá)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，在美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室利用散裂中子源探究一些特殊形狀記憶合金在溫度高至350攝氏度、甚至更熱條件下仍可變形的內(nèi)部機(jī)制，著眼于開發(fā)出未來(lái)在航空航天及日常情況下表現(xiàn)更出色的“變形金剛”。
　　研究人員使用“火神”（VULCAN）工程材料的衍射儀對(duì)形狀記憶合金鎳鈦樣品的微觀結(jié)構(gòu)和微觀力學(xué)（如原子結(jié)構(gòu)和原子級(jí)的行為）進(jìn)行檢測(cè)。這種儀器獨(dú)特的多軸向負(fù)荷幀設(shè)計(jì)能夠同時(shí)在張力、壓縮和扭轉(zhuǎn)下測(cè)試樣品。NASA科學(xué)家奧斯曼說(shuō)，中子散射可解釋主導(dǎo)各種形狀記憶合金變形行為的基本機(jī)制。其顯示了材料在原子尺度下使用中微觀變形的狀態(tài)，這反過(guò)來(lái)又可控制散狀材料的響應(yīng)行為。研究人員一旦了解構(gòu)造合金在使用中是如何進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃蔚?，就可以決定哪種熱機(jī)械處理類型可以給出材料所需的結(jié)構(gòu)。“火神”中子衍射獲得的微觀變形的信息也將被用來(lái)開發(fā)計(jì)算模型以預(yù)測(cè)特殊合金在不同溫度、載荷和其他變量的情況下將如何執(zhí)行不同的方案。
　　NASA材料科學(xué)家桑托解釋說(shuō)，由于像在航空航天方面的應(yīng)用需要盡量減少材料的體積和重量，無(wú)疑這正是一種完美實(shí)現(xiàn)途徑。通過(guò)改變合金結(jié)構(gòu)，可將這些材料設(shè)計(jì)成在遇到一個(gè)特定溫度或壓力時(shí)其立即被激發(fā)而響應(yīng)。例如應(yīng)用到飛機(jī)機(jī)翼上的襟翼，用帶有形狀記憶合金的襟翼替代由復(fù)雜液壓系統(tǒng)控制的經(jīng)典設(shè)計(jì)，其可自主隨溫度和氣壓的變化而改變，從而大幅節(jié)省成本。而這種替代也更可靠，因?yàn)橛呻娮涌刂频囊簤杭夹g(shù)存在許多故障點(diǎn)。奧斯曼補(bǔ)充道，但如果材料不穩(wěn)定、設(shè)計(jì)不正確，運(yùn)行也將會(huì)出現(xiàn)故障問題，這就是為什么要設(shè)計(jì)一套材料每次都可以準(zhǔn)確、反復(fù)地完成運(yùn)行。
　　該小組計(jì)劃在下一步的實(shí)驗(yàn)中結(jié)合工作中使用的中子數(shù)據(jù)在NASA建立鈾轉(zhuǎn)化設(shè)施和其他設(shè)施，以及不同壓力和溫度條件下對(duì)形狀記憶合金響應(yīng)的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并將利用這些數(shù)據(jù)所開發(fā)的組件和硬件移至現(xiàn)實(shí)世界中，以開發(fā)出更好的合金組件及適應(yīng)性更強(qiáng)的技術(shù)。