记忆合金为什么会“变态”?日本人才还用它来发明胸罩
记忆是神经系统储存过往事物的能力。
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往往是人或者高级生物特有的一种能力。
那如果把这种能力运用在金属材料上,又会发生什么呢?
比如下面这根铁丝,无论怎么改变它,它都会在一定条件下自动恢复原状,这就是“记忆金属”。
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那“记忆金属”为什么有这样的特性呢?它也有神经吗?
“记忆金属”又叫“形状记忆合金”,是一种特殊的合金材料,主要以镍钛合金为主。
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它可以在一定的温度下像塑料一样,发生塑性形变,但是在某种温度下,又可以恢复原状,具备一定的“记忆能力”。
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1932年瑞典人奥兰德,在金镉合金中首次发现了这种效应。
直到1963年美国海军军械研究所的比勒发现,把镍钛合金丝烧成弹簧放进冷水中,可以塑造成各种形状。
可当把其放入40度以上的热水时,镍钛合金又恢复回原来的弹簧形状,这是因为镍钛合金在40度以上和40度以下的晶体结构是不一样的。
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这里的晶体结构可以简单理解为:金属材料的内部组成结构,是微观单位的有序对称排列组合,彼此之间密集地堆积在一起。
而40度就相当于镍钛记忆合金的“变态温度”,这个“变态”是指改变形态,不要想歪。
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这种材料的晶体结构会随着温度的变化而变化,处于高温状态下时的晶体会具有较高的结构对称性,相反,因为状态会使单一取向的高温相转变为具有不同取向的马氏体变体。
当处于40度以下的温度环境时,马氏体变体会不断消减,最后转变为具有单一取向的有序马氏体元件。
而当温度升高至40度以上时,这种低对称和单一取向的马氏体就会发生变化,重新恢复成原来的单一取向的高温相。
也就是说,记忆合金之所以会变形后恢复原状,是因为它记住了不同温度阶段下的晶体构造,所以当达到特定温度时,就会相对应的进行微结构状态的变化,也就形成了我们观察到的形态变化。
其实,每种记忆合金都有自己的“变态温度”,这种材料最大的特点就是记忆力超强,且弯曲和可塑性也很强。
除此之外,它的耐磨性、耐疲劳度和耐腐蚀性也相当优秀,因此如今也在各个领域大施拳脚。
汽车领域
使用记忆金属合金作为辐射状的材料,可以增强轮胎的承重能力,超弹性的特点也减少了爆胎的可能性,改善行车安全。
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座椅中的气囊,在一定的压力下,座椅上的腰托可以完美地贴合司机或乘客的腰部。
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此外,记忆合金还用于制造致动器,使汽车后备箱更容易关闭,以及制造阀来控制发动机中的噪声和振动(这是汽车工业中的一个重要性能指标),改善噪声、振动和声振粗糙度。
航空航天
用于开发轻量级、安静、高效的设计:这三个因素一直是飞行器设计的焦点。可变截面扇形喷嘴、减震器和致动器等部件都由金属合金材料制成。这些装置在正常温度下为奥氏体,在因飞行器周围气流导致的温度变化或正常飞行过程中环境温度的变化而冷却时转变为马氏体(以及所需的形状)。
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建筑
记忆合金有助于对桥梁或建筑物施加预应力。从较小尺度上来说,形状记忆材料可用于在管道系统中增强管件的可靠性。
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医学
将记忆合金应用于生物医学可以减少患者对医疗干预的需求。比如,医用支架可植入动脉,以微创方式改善心脏病患者的血液流动。微型执行器和人造肌肉依靠记忆合金来制造机械假肢器官,帮助截肢患者更加自如地活动。
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还有牙齿矫正等。
生活日用
日本一家日用品公司生产的“记忆”胸罩投入市场后立刻受到广大女性的青睐;
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日本古河电气工业公司生产的形状记忆合金眼镜架,能随镜片伸缩而改变形状,始终保持与镜片的紧密结合。
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