記憶合金的原理及應用是什么
記憶合金的原理及應用是什么
隨著科技的發展，帶動了一系列新型材料的發展，記憶合金也得到快速的發展。由于其優良的特性。像：彎曲量大，塑形高，在記憶溫度下恢復以前的形狀，達到某一溫度時內部晶體結構改變，其表現外部形狀也改變。在各個方面有著廣泛的用途。記憶合金的原理及應用有哪些呢？一起來看看吧！
記憶合金的原理及應用
上個世紀70年代，世界材料科學中出現了一種具有“記憶”形狀功能的合金。記憶合金是一種頗為特別的金屬條，它極易被彎曲，我們把它放進盛著熱水的玻璃缸內，金屬條向前沖去;將它放入冷水里，金屬條則恢復了原狀。在盛著涼水的玻璃缸里，拉長一個彈簧，把彈簧放入熱水中時，彈簧又自動的收攏了。涼水中彈簧恢復了它的原狀，而在熱水中，則會收縮，彈簧可以無限次數的被拉伸和收縮，收縮再拉開。這些都由一種有記憶力的智能金屬做成的，它的微觀結構有兩種相對穩定的狀態，在高溫下這種合金可以被變成任何你想要的形狀，在較低的溫度下合金可以被拉伸，但若對它重新加熱，它會記起它原來的形狀，而變回去。這種材料就叫做記憶金屬(memory metal)。它主要是鎳鈦合金材料。例如，一根螺旋狀高溫合金，經過高溫退火后，它的形狀處于螺旋狀態。在室溫下，即使用很大力氣把它強行拉直，但只要把它加熱到一定的“變態溫度”時，這根合金仿佛記起了什么似的，立即恢復到它原來的螺旋形態。這只是利用某些合金在固態時其晶體結構隨溫度發生變化的規律而已。
例如，鎳-鈦合金在40℃以上和40℃以下的晶體結構是不同的，但溫度在40℃上下變化時，合金就會收縮或膨脹，使得它的形態發生變化。這里，40℃就是鎳-鈦記憶合金的“變態溫度”。各種合金都有自己的變態溫度。上述那種高溫合金的變態溫度很高。在高溫時它被做成螺旋狀而處于穩定狀態。在室溫下強行把它拉直時，它卻處于不穩定狀態，因此，只要把它加熱到變態溫度，它就立即恢復到原來處于穩定狀態的螺旋形狀了。關于記憶合金的原理現在還不十分清楚。一般認為，記憶合金由復雜的菱形晶體結構轉變成簡單的立方晶體結構時，就會發生形狀恢復的記憶。而當記憶合金恢復原形時伴隨產生極大的力，鎳鈦諾合金高達 60公斤平方毫米，遠比最初變形時加的力大。一般說來，可達原變形的十倍，這就意味著輸出的能量比輸入的能量大得多。科學家對此無法解釋，物理學家羅沙爾說：“熱力學定律一點沒有錯的地方，但這些定律就是不適合于鎳鈦諾……”。目前，很多學者認為，記憶合金之所以能恢復原來的形狀，是由于“記憶因子”的作用。通過相變過程自由能的研究與體積關系推導“記憶因子”。
盡管，記憶合金具體原理人不明確，但其應用已相當普遍。根據記憶合金的恢復特性人們將記憶合金分為了三類。
(1)單程記憶效應
形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。
(2)雙程記憶效應
某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。
(3)全程記憶效應
加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應。
目前，記憶合金已用于管道結合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內全擴大約 4%，裝配時套接一起，一經加熱，套管收縮恢復原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機的液壓系統使用了10萬個這種接頭，多年來從未發生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。記憶合金特別適合于熱機械和恒溫自動控制，已制成室溫自動開閉臂，能在陽光照耀的白天打開通風窗，晚間室溫下降時自動關閉。記憶合金熱機的設計方案也不少，它們都能在具有低溫差的兩種介質間工作，從而為利用工業冷卻水、核反應堆余熱、海洋溫差和太陽能開辟了新途徑。
記憶合金在醫療上的應用也很引人注目。例如接骨用的骨板，不但能將兩段斷骨固定，而且在恢復原形狀的過程中產生壓縮力，迫使斷骨接合在一起。齒科用的矯齒絲，結扎腦動脈瘤和輸精管的長夾，脊柱矯直用的支板等，都是在植入人體內后靠體溫的作用啟動，血栓濾器也是一種記憶合金新產品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復成網狀，從而阻止 95%的凝血塊流向心臟和肺部。 人工心臟是一種結構更加復雜的臟器，用記憶合金制成的肌纖維與彈性體薄膜心室相配合，可以模仿心室收縮運動。現在泵送水已取得成功。 由于記憶合金是一種“有生命的合金”，利用它在一定溫度下形狀的變化，就可以設計出形形色色的自控器件，它的用途正在不斷擴大。
結語：記憶合金由于其特殊的記憶性質，已在軍工，醫學，機械鄰域取得了廣泛的應用。但隨著人類對高科技鄰域的突破，特別是在可重復利用鄰域的研究，記憶合金的作用有顯的特別重要。特別是在記憶合金與有機化合物的接枝其意義尤為突出。
記憶合金的原理
關于記憶合金的原理現在還不十分清楚。一般認為，記憶合金由復雜的菱形晶體結構轉變成簡單的立方晶體結構時，就會發生形狀恢復的記憶。而當記憶合金恢復原形時伴隨產生極大的力，鎳鈦諾合金高達 60公斤平方毫米，遠比最初變形時加的力大。一般說來，可達原變形的十倍，這就意味著輸出的能量比輸入的能量大得多。科學家對此無法解釋，物理學家羅沙爾說:“熱力學定律一點沒有錯的地方，但這些定律就是不適合于鎳鈦諾……”。
記憶合金的成分
記憶合金的特性是50年代初期被發現的，金鎘、銦鉈合金都有這種特性。
記憶合金的應用
記憶合金已用于管道結合和自動化控制方面，用記憶合金制成套管可以代替焊接，方法是在低溫時將管端內全擴大約 4%，裝配時套接一起，一經加熱，套管收縮恢復原形，形成緊密的接合。美國海軍飛機的液壓系統使用了10萬個這種接頭，多年來從未發生漏油和破損。船艦和海底油田管道損壞，用記憶合金配件修復起來，十分方便。在一些施工不便的部位，用記憶合金制成銷釘，裝入孔內加熱，其尾端自動分開卷曲，形成單面裝配件。
記憶合金特別適合于熱機械和恒溫自動控制，已制成室溫自動開閉臂，能在陽光照耀的白天打開通風窗，晚間室溫下降時自動關閉。記憶合金熱機的設計方案也不少，它們都能在具有低溫差的兩種介質間工作，從而為利用工業冷卻水、核反應堆余熱、海洋溫差和太陽能開辟了新途徑。現在普遍存在的問題是效率不高，只有 4%~6%，有待于進一步改進。
記憶合金在醫療上的應用也很引人注目。例如接骨用的骨板，不但能將兩段斷骨固定，而且在恢復原形狀的過程中產生壓縮力，迫使斷骨接合在一起。齒科用的矯齒絲，結扎腦動脈瘤和輸精管的長夾，脊柱矯直用的支板等，都是在植入人體內后靠體溫的作用啟動，血栓濾器也是一種記憶合金新產品。被拉直的濾器植入靜脈后，會逐漸恢復成網狀，從而阻止 95%的凝血塊流向心臟和肺部。
人工心臟是一種結構更加復雜的臟器，用記憶合金制成的肌纖維與彈性體薄膜心室相配合，可以模仿心室收縮運動。現在泵送水已取得成功。