不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作

　　美國科幻電影《變形金剛》給人留下了深刻的印象，特別是其中的各種機器人身上可以隨意變形的錚錚金屬部件，以致有人暢想未來能造訪地球的外星人一定是生物與機器相結合的超級人類。那么，在現(xiàn)實中，金屬是否真的可以像皮筋一樣伸縮自如，其會給科學發(fā)展和人們的日常生活帶來怎樣的變化呢？

　　身為金屬可“記憶”
　　一般金屬材料受到外力作用后，首先發(fā)生彈性變形，達到屈服點，就產生塑性變形，壓力消除后留下永久變形。1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀。在發(fā)生了塑性變形后，經過合適的熱過程，能夠恢復到變形前的形狀，這種現(xiàn)象就叫做形狀記憶效應。具有形狀記憶效應的金屬一般是由兩種以上金屬元素組成的合金，稱為形狀記憶合金（SMAS）。而研發(fā)出能夠隨著操作環(huán)境自發(fā)地調節(jié)形狀變化的形狀記憶合金一直是工程師的夢想。
　　1963年，美國海軍軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內，把一種鎳—鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40攝氏度以上的熱水中，該合金絲就恢復成原來的彈簧形狀。后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，某些其他合金也有類似功能。而每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉變溫度，在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉變溫度以上，該合金便會自動地恢復到原先在轉變溫度以上加工成的形狀。
　　由此，科學家在鎳—鈦合金中添加其他元素，進一步研究開發(fā)了鈦鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金等。

　　神奇的功能材料
　　由于這種“神奇的功能材料”具有諸多優(yōu)異性能，為人矚目，因而被廣泛應用于航空航天、機械電子、生物醫(yī)療、橋梁建筑、汽車工業(yè)及日常生活等多個領域。
　　1969年7月20日，美國宇航員乘坐“阿波羅11”號登月艙在月球上首次留下了人類的腳印，并通過一個直徑數米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個龐然大物般的天線是怎么被帶到月球上的呢？就是利用形狀記憶合金的特性，在高溫環(huán)境下制作好天線，再在低溫下把它壓縮成一個小鐵球，使它的體積縮小到原來的千分之一，這樣很容易運上月球。放置于月球后，在陽光照射下，達到該合金的轉變溫度，天線“記”起了自己本來面貌，變成一個巨大的半球，按照需求向地球發(fā)回寶貴的宇宙信息。
　　近年來，針對地震所造成的破壞暴露了現(xiàn)有建筑結構面對強烈的地面移動時存在的脆弱性，美國喬治亞理工學院研究人員對形狀記憶合金材料進行分析，了解其用于抗地震結構材料的潛力，并開發(fā)熱力學和力學方程相結合的模型以了解形狀記憶合金在強烈運動條件下的變化，由此，分析出形狀記憶合金在不同建筑組件（電纜、鋼筋、板材和螺旋彈簧）中對不同外界條件的反應，由此決定材料的最佳抗震特性。
　　作為一類新興的功能材料，記憶合金在日常生活中的很多新用途正在不斷開發(fā)，例如用它制作眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復原狀；應用在女性胸罩內的鋼絲合金在接觸到體溫后，可以回復至原來胸部的體形。而不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風加溫就可恢復原狀，既省錢又省力，很是方便。

　　還要表現(xiàn)更出色
　　目前，一些市面上的形狀記憶合金最高只能運行到溫度約90攝氏度，還沒有在較高溫度下可變形的合金。據物理學家組織網近日報道，美國國家航空航天局（NASA）和中央佛羅里達大學的研究團隊，在美國能源部橡樹嶺國家實驗室利用散裂中子源探究一些特殊形狀記憶合金在溫度高至350攝氏度、甚至更熱條件下仍可變形的內部機制，著眼于開發(fā)出未來在航空航天及日常情況下表現(xiàn)更出色的“變形金剛”。
　　研究人員使用“火神”（VULCAN）工程材料的衍射儀對形狀記憶合金鎳鈦樣品的微觀結構和微觀力學（如原子結構和原子級的行為）進行檢測。這種儀器獨特的多軸向負荷幀設計能夠同時在張力、壓縮和扭轉下測試樣品。NASA科學家奧斯曼說，中子散射可解釋主導各種形狀記憶合金變形行為的基本機制。其顯示了材料在原子尺度下使用中微觀變形的狀態(tài)，這反過來又可控制散狀材料的響應行為。研究人員一旦了解構造合金在使用中是如何進行適當的變形的，就可以決定哪種熱機械處理類型可以給出材料所需的結構。“火神”中子衍射獲得的微觀變形的信息也將被用來開發(fā)計算模型以預測特殊合金在不同溫度、載荷和其他變量的情況下將如何執(zhí)行不同的方案。
　　NASA材料科學家桑托解釋說，由于像在航空航天方面的應用需要盡量減少材料的體積和重量，無疑這正是一種完美實現(xiàn)途徑。通過改變合金結構，可將這些材料設計成在遇到一個特定溫度或壓力時其立即被激發(fā)而響應。例如應用到飛機機翼上的襟翼，用帶有形狀記憶合金的襟翼替代由復雜液壓系統(tǒng)控制的經典設計，其可自主隨溫度和氣壓的變化而改變，從而大幅節(jié)省成本。而這種替代也更可靠，因為由電子控制的液壓技術存在許多故障點。奧斯曼補充道，但如果材料不穩(wěn)定、設計不正確，運行也將會出現(xiàn)故障問題，這就是為什么要設計一套材料每次都可以準確、反復地完成運行。
　　該小組計劃在下一步的實驗中結合工作中使用的中子數據在NASA建立鈾轉化設施和其他設施，以及不同壓力和溫度條件下對形狀記憶合金響應的信息數據庫，并將利用這些數據所開發(fā)的組件和硬件移至現(xiàn)實世界中，以開發(fā)出更好的合金組件及適應性更強的技術。