金属的“好记性”
来源: 科普中国 发布时间:2024-03-01
作为一种高等智慧生物,人类是有超强的智力和记忆能力的。当然,动物也有一定的智力和记忆能力。可是,有人说有些合金也和人和动物一样拥有记忆的能力,你相信吗?
我们先来看一个小故事:1963年,美国海军军械研究室进行一项实验时,需要用到镍钛合金丝。于是,他们申请领到了许多合金丝,但是都是弯弯曲曲的,用着很不方便。于是,他们把这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。在实验过程中,奇怪的事情出现了:当温度升高到一定程度的时候,原本被拉得直直的合金丝,突然又变成了最初弯弯曲曲的模样,而且和一开始的形状几乎一模一样。
镍钛合金丝
科学家百思不得其解,他们又重复进行了无数次实验,可是每次的实验结果都是一样的。被拉直的合金丝只要达到一定温度,便立即恢复到原来那种弯弯曲曲的模样。这些合金丝就像刚刚经历一场严寒,它们被冻得失去了知觉。在这个过程中,科学家改变了它们的形状。当温度慢慢升高到某一个值点的时候,被冻晕的它们又突然苏醒了,然后发现自己被改变了模样。于是,它们根据脑海中原有的样子,不顾一切地恢复了自己的本来面目。这种现象听起来真是神奇。
后来,科学家经过深入研究,又发现了许许多多拥有记忆功能的合金体系,比如金镉、铜镍、铜铝、铜锌和铁锰系合金等。根据这一特性,科学家给它们起了个好听的名字——形状记忆合金。除了记忆合金外,科学家在陶瓷中也发现了类似的记忆效应,并将其命名为形状记忆陶瓷。
形状记忆合金
形状记忆合金的单次记忆能力是百分之百,在一定温度下,它可以恢复到和原来一模一样的形状。而且,这种记忆的本领即使需要重复500万次以上,这些形状记忆合金还是乐此不疲,不会出现记忆断裂的情况。
这真是一群固执的形状记忆合金啊。它们是怎么记住自己最初的模样的呢?众所周知,一般情况下,金属材料在外力作用下会发生变形。即使外力消失了,这些金属材料也不会再恢复原状。不过,有些合金在发生变形后,内部结构一直不稳定。这时候,只需要对其进行加热,又会转变成原来的稳定结构。科学家把这种现象叫作形状记忆效应。
1969年,人们首次把镍-钛合金的形状记忆效应成功应用在工业上。美国在某种喷气式战斗机的油压系统中也使用了一种镍-钛合金接头,并且一直没有发生过漏油、脱落或破损事故。
1969年7月20日,阿波罗11号登月舱登上月球,这是人类第一次在月球上留下脚印。阿波罗11号通过一个直径数米的半球形天线传输月球和地球之间的信息。这个巨大的天线就是一种形状记忆合金材料,人们先转变它的温度,同时按预定要求做好,然后降低温度把它压成一团,装进登月舱带上天去。当受到阳光的照射时,合金慢慢达到转变温度。当它记起自己的原本样貌时,就会伸展变成一个巨大的半球。
阿波罗11号登陆月球
随着科学家的深入研究,形状记忆合金在生物工程、医药、能源和自动化等许多领域的新用途被不断地开发出来。
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