材料百态

类似阿基米德在洗澡时悟到了称皇冠重量的方法一样，在科学史上经常会遇到偶然发现的尤里卡时刻，让人有“梦里寻他千百度，得来全不费工夫”之感，由此取得的成就往往是原创性的，甚至产生深远影响。

在材料科学中，也有这样愉快的意外发现，如形状记忆合金中用途最广的镍钛合金的发现，就有着很大的偶然性。一个可多次弯曲变形的镍钛诺样品，在受热后又恢复了原来的形状。

形状记忆合金，是一种具有形状记忆效应的新型特殊材料，是智能材料领域的新成员。当加热到一定的转变温度以上时，它们能“记住”自己的形状。与大多数金属不同的是，如果合金低于转变温度，它可以被拉伸和转变而不会造成永久性损伤；合金经过整形或拉伸后，如果加热到转变温度以上，合金则恢复并回到未拉伸时的状态。这样的合金通过训练可以提高它的记性，直至几乎百分百记住它原来的形状。形状记忆合金的形状可以设置和重置多次。

形状记忆效应可以分为单程记忆效应、双程记忆效应、全程记忆效应三种：当形状记忆合金在较低温度下产生变形，加热后能够恢复变形前的形状，这类只有在加热过程中存在的形状记忆，称之为单程记忆效应；一些金属合金在加热时可以恢复到高温相形状，而当其冷却时，又能恢复低温相形状，此类现象称为双程记忆效应；当加热时可以恢复高温相形状，而冷却时能变为形状相同，但是取向相反的低温相形状，这种记忆效应称之为全程记忆效应。

随着理论研究的深入，形状记忆合金的应用研究也取得了很大进步，其应用范围也越来越广，涉及机械工业、电子产业、化学工业、航空航天、卫星、新能源和医疗等领域。

在工业应用领域，具有单程形状记忆效应的合金，随着温度升降做反复动作，应用于制造热敏元件、机器人的人工肌肉丝等；利用双程记忆效应，当温度升降时做反复动作，应用于热机等。

在医学应用领域，由于镍钛合金的生物相容性很好，又具有形状记忆效应和超弹性，因此在医学应用实例已经有很多，譬如牙齿矫形丝、胃支架、动脉瘤夹、血栓过滤器件、脊柱用矫形棒、髓内针、人造关节、心脏修补元件、人工肾脏用微型泵等。

形状记忆合金分为镍钛基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金等。除了这三大类金属合金外，形状记忆聚合物也被开发出来，并在20世纪90年代末开始商业化，比如铁基形状记忆合金，跟镍钛合金等靠温度恢复形状不一样，它是靠加磁场来复原，其优点是成本低，缺点是记忆不太好。

科学家相信，在未来10到20年里，完全可以把这类合金的记性提高到镍钛合金的水平。假如那一天真的到来，我们可以用它制造汽车，这种汽车即便被撞坏，仅用磁场就让其恢复原来的形状，汽车维修工估计到时也得改行了！

（作者系上海大学教授）

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