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| 德科學(xué)家發(fā)明可變形千萬(wàn)次的超強形狀記憶合金 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-06-01 10:08:58 瀏覽次數： |
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 （中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）德國基爾大學(xué)研究人員新發(fā)明了一種鎳鈦銅記憶合金，其變形次數可以達到千萬(wàn)次不會(huì )斷裂，而通常合金材料變形幾千次就會(huì )斷裂。這一新材料在微電子和光學(xué)器件、傳感器、醫療器件等眾多領(lǐng)域將有廣泛的應用前景。
科學(xué)家早在上世紀60年代就發(fā)明了鎳鈦記憶合金，這種合金在受熱和冷卻時(shí)會(huì )變形，并很快會(huì )恢復到最初機械加工時(shí)確定的形狀。我們熟悉的大多數合金在兩種晶格狀態(tài)下轉變幾千次，就會(huì )出現裂紋甚至斷裂，德國基爾大學(xué)專(zhuān)家匡特在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中解釋說(shuō)，這是因為在金屬高溫相（奧氏體）會(huì )出現越來(lái)越多的低溫相（馬氏體）晶體結構，兩相之間的轉換不完全會(huì )導致合金斷裂。
匡特領(lǐng)導的研究小組發(fā)明的記憶合金單元是由54個(gè)鈦原子、34個(gè)鎳原子以及12個(gè)銅原子組成，研究人員在22攝氏度至87攝氏度下，通過(guò)高倍電子顯微鏡和X光射線(xiàn)檢測發(fā)現，這種成分組成的記憶合金可以經(jīng)受千萬(wàn)次的變形而不會(huì )出現裂紋。研究人員在顯微鏡下還能看到馬氏體完全轉化為奧氏體時(shí)，兩個(gè)鈦原子和銅原子在晶格中沉積，鈦原子和銅原子的沉積，構成了晶體在兩個(gè)相中的基本結構，他們稱(chēng)這種現象為外延生長(cháng)。
美國明尼蘇達大學(xué)專(zhuān)家詹姆斯兩年前發(fā)明的一種鋅金銅記憶合金也有類(lèi)似的特性，這種合金可以經(jīng)受16000次冷熱變形不會(huì )產(chǎn)生裂紋。當年詹姆斯研究小組的這項發(fā)明被刊登在《自然》雜志上。
《科學(xué)》雜志評價(jià)認為，德國基爾大學(xué)的這項發(fā)明大大拓寬了記憶合金的應用領(lǐng)域，電磁耦合器、溫度傳感器、微電子和光學(xué)器件、信息存儲介質(zhì)，以及醫療領(lǐng)域中的人工心臟瓣膜等都有廣泛應用潛力。另外，還可以利用這種記憶合金將外界和環(huán)境中的熱能轉化為電能，或開(kāi)發(fā)新的冷卻單元。
小知識：
形狀記憶合金具有形狀記憶效應（shape memory effect），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(cháng)度立即伸長(cháng)，再放到冷水中，它會(huì )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(guò)高時(shí)通過(guò)"記憶"功能，調節或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報警裝置及電器設備的保安裝置。當發(fā)生火災時(shí),記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動(dòng)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(mén)內，用以保持暖房的溫度，當溫度過(guò)低或過(guò)高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉暖氣的閥門(mén)。形狀記憶合金的形狀記憶效應還廣泛應用于各類(lèi)溫度傳感器觸發(fā)器中。
形狀記憶合金另一種重要性質(zhì)是偽彈性（pseudoelasticity，又稱(chēng)超彈性，superelasticity），表現為在外力作用下，形狀記憶合金具有比一般金屬大的多的變形恢復能力，即加載過(guò)程中產(chǎn)生的大應變會(huì )隨著(zhù)卸載而恢復 。這一性能在醫學(xué)和建筑減震以及日常生活方面得到了普遍應用。例如前面提到的人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器等。用形狀記憶合金制造的眼鏡架，可以承受比普通材料大得多的變形而不發(fā)生破壞（并不是應用形狀記憶效應，發(fā)生變形后再加熱而恢復）。
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