形狀記憶合金的神奇功能

形狀記憶合金的神奇功能摘要：形狀記憶材料是指初始形狀的制品變形后，通過加熱的等手段處理又恢復初始形狀的功能。記憶合金目前已發(fā)展到幾十種，在航空、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領域有著用途，而且發(fā)展趨勢十分可觀，它將大展宏圖、造福于人類。關鍵詞：金屬、記憶早在6000多年前，人類就發(fā)現(xiàn)并使用了金屬銅。到公元前五世紀，中國已經(jīng)大量煉鐵和使用鐵器。提及一般的金屬材料，如金、銀、銅、鐵、鋁??等等，人們大都耳熟能詳，如數(shù)家珍。但是，您聽說過有“記憶”本領的金屬材料——形狀記憶合金嗎？傳統(tǒng)觀念認為，只有人和某些動物才有“記憶”的能力，非生物是不可能有這種能力的。難道合金也會和人一樣具有記憶能力嗎？答案是肯定的，形狀記憶合金就是這樣一類具有神奇“記憶”本領的新型功能材料。1963年，美國海軍軍械研究室在一項試驗中需要一些鎳鈦合金絲，他們領回來的合金絲都是彎彎曲曲的。為了使用方便，于是就將這些彎彎曲曲的細絲一根根地拉直后使用。在后續(xù)試驗中一種奇怪的現(xiàn)象出現(xiàn)了：當溫度升到一定值的時候，這些已經(jīng)被拉得筆直的合金絲，突然又魔術般地迅速恢復到原來彎彎曲曲的形狀，而且和原來的形狀絲毫不差。再反復多次試驗，每次結果都完全一致，被拉直的合金絲只要達到一定溫度，便立即恢復到原來那種彎彎曲曲的模樣。就好像在從前被“凍”得失去知覺時被人們改變了形狀，而當溫度升高到一定值的時候，它們突然“蘇醒”過來了，又“記憶”起了自己原來的模樣，于是便不顧一切地恢復了自己的“本來面目”形狀記憶合金不僅單次“記憶”能力幾乎可達百分之百，即恢復到和原來一模一樣的形狀，更可貴之處在于這種“記憶”本領即使重復500萬次以上也不會產(chǎn)生絲毫疲勞斷裂。因此，形狀記憶合金享有“永不忘本”、“百折不撓”等美譽，被比作一個人應具有的永不變節(jié)、堅貞不屈的精神和氣節(jié)。人們常說螞蟻有本事，是因為即使是當今奧運會舉重冠軍也不過僅能舉起自身重量的2倍左右，而螞蟻卻能舉起自重的20倍。但是若與形狀記憶合金相比，螞蟻就只能甘拜下風，自愧弗如了，因為形狀記憶合金（以鎳鈦為例）的出力本領可達自重的100倍以上。二十世紀中葉，美國和前蘇聯(lián)在空間領域展開激烈競爭。繼1961年4月12日前蘇聯(lián)將首位宇航員尤里?加加林送入太空軌道后不久，美國就制定了雄心勃勃的“阿波羅”登月計劃。人類踏上月球，就必須要將月球上的信息傳輸回地球，再將地球上科學家的指令發(fā)到月球的難題，即實現(xiàn)月、地之間的信息溝通。要發(fā)送和接收信息就必須在月球表面安放一個龐大的拋物線形天線，可是在小小的登月艙內(nèi)無論如何也放不下這個龐然大物。這在當時一度成為登月工程中的關鍵性技術難題之一。形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)給這個難題的解決帶來了契機，也為這個金屬材料領域內(nèi)的“晚輩”提供了一次施展才華的絕好機會?？茖W家用當時剛剛發(fā)現(xiàn)不久的形狀記憶合金絲制成了拋物線形天線。在宇宙飛船發(fā)射之前，首先將拋物面天線折疊成一個小球，如圖3（b）所示，這樣很容易就能裝進宇宙飛船上的登月艙內(nèi)。當?shù)窃屡撛谠虑蛏铣晒χ懞螅恍枥锰柕妮椛淠軐π∏蚣訙?，折疊成球形的天線因具有形狀“記憶”功能便會自然展開，恢復到原始的拋物面形狀。1969年7月20日，乘坐“阿波羅-11號”登月艙的美國宇航員阿姆斯特朗在月球上踏下的第一個人類的腳印，諦聽著這位勇士從月宮里傳回的富于哲理的聲音：“對我個人來說，這只是邁出的一小步；但對全人類來說，這是跨了一大步”。阿姆斯特朗當時的圖像和聲音就是通過形狀記憶合金制成的天線從月球傳輸回地面的。形狀記憶合金在現(xiàn)代臨床醫(yī)療領域內(nèi)已獲得廣泛應用，正扮演著不可替代的重要角色。例如，各類人體腔內(nèi)支架、心臟修補器、血栓過濾器、口腔正畸器正畸器、人造骨骼、傷骨固定加壓器、脊柱矯形棒、栓塞器、節(jié)育環(huán)、醫(yī)用介入導絲和手術縫合線等等，都可以用形狀記憶合金制成。與傳統(tǒng)的治療方法相比，這種記憶合金支架具有療效可靠、使用方便、可大大縮短治療時間和減少費用等優(yōu)點，為外傷、腫瘤以及其它疾病所致的血管、喉、氣管、食道、膽道、前列腺腔道狹窄治療開辟了新天地。除了腔內(nèi)支架方面的應用以外，在骨外科治療領域，形狀記憶合金同樣有不凡的表現(xiàn)。眾所周知，傳統(tǒng)的骨傷手術器械包括接骨鋼板、螺釘、螺母、鋼絲等，手術時醫(yī)生要進行鉆孔、楔入、捆扎等復雜操作，對患者的機體不可避免要造成人為損傷。這種手術有時要進行四、五個小時，病人的長時間麻醉對手術傷口的愈合也十分不利。這種手術效果也不理想，用機械、剛性辦法固定的器械在人體內(nèi)容易發(fā)生彎曲、斷裂、松動和腐蝕，有些患者要接受兩次甚至多次手術。與傳統(tǒng)的不銹鋼器械相比，應用形狀記憶合金制成的記憶合金骨科內(nèi)固定器械，可以使骨科手術開始告別鉆孔、楔入、捆扎等復雜工序。手術時，醫(yī)生先用低溫（0?5攝氏度）消毒鹽水冷卻記憶合金器械，然后根據(jù)需要改變其抱合部位的形狀，安裝于患者骨傷部位。待患者體溫將其“加熱”到設定的溫度時，器械的變形部分便恢復到原來設計的形狀，從而將傷骨緊緊抱合，起到固定與支撐的作用。這種新技術與傳統(tǒng)的骨傷內(nèi)固定術相比，大大降低了手術的難度，并可使手術時間縮短三分之二。由于材料自身的記憶功能十分穩(wěn)定，良好的“抱合力”使病人手術的愈合期也大大縮短。記憶合金同我們的日常生活已經(jīng)是休戚相關。僅以記憶合金制成的彈簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長度立即伸長，再放到冷水中，它會立即恢復原狀。利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過高時通過“記憶”功能，調(diào)節(jié)或關閉供水管道，避免燙傷。形狀記憶合金還可以用作消防報警裝置及電器設備的保安裝置。當發(fā)生火災時,記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動消防報警裝置，達到報警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當溫度過低或過高時，自動開啟或關閉暖氣的閥門。作為一類新興的功能材料，形狀記憶合金的很多新用途正不斷被開發(fā)，例如用形狀記憶合金制作移動電話天線、以及牙刷等。記憶合金還可以制成任意變形的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以