金属有记忆能力吗

2　金属有记忆能力吗？

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20世纪70年代，世界材料科学中出现了一种记忆金属，又叫“形状记忆合金”。这种合金是一种较为特别的金属，在高温下这种合金可以被变成任何你想要的形状，在较低的温度下合金可以被拉伸。如果我们对它重新加热，那么它会记起原来的形状或状态，最终恢复回去。我们在盛着凉水的玻璃缸里，拉长一个用记忆金属制成的可以“无限次”被拉伸和收缩的弹簧，当把弹簧放入热水中时，弹簧会自动收缩，放进凉水中，弹簧又恢复了它的原状。

用记忆金属制作的产品

记忆金属主要是镍钛合金材料，有数个较为明显的特点，即弯曲量大，塑性高；在记忆温度以上可以恢复原来的形状；当受热温度达到一定数值时，记忆金属内部的晶体结构会发生变化，从而导致外形的变化。例如，我们将一根螺旋状高温记忆合金降温，使它的形状处于螺旋状态，我们在室温下，即使将它强行拉直，只要把它再加热到一定的“变态温度”，那么这根合金就像记起了什么似的，会立即恢复到自己原来的螺旋形态。我们不尽会想，难道合金也具有人类那样的记忆力吗？

其实，并不是那么回事。这些只是利用某些合金在固态时晶体结构随着温度的变化所遵循的变化规律而已。镍钛合金的变态温度在40℃，主要是因为温度在40℃上下变化时，镍钛合金就会收缩或膨胀，使它的形态发生变化。不只是镍钛合金，每种合金都有自己的变态温度，只不过数值不同罢了。

知识拓展

晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中的原子、离子或分子的具体排列情况。自然界分为晶体和非晶体，其中固态金属和合金大都属于晶体。晶体结构也是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。较为良好的晶体，其外观往往呈现出某种对称性。从微观上来看，组成晶体的原子在空间内呈现周期重复地排列。即晶体中的原子或集合在空间中的三个不共面的方向上，各按一定的点阵周期不断地重复出现，从而反映出晶体的一些宏观规律性。其中，点阵是指一组按联接其中任何两点的矢量进行平移后能复原的点的重复排列。

早在1951年，美国人就在一次试验中偶然发现了金镉合金有形状记忆的特性，但是当时并没有引起人们的重视。到了1953年，人们又在铟铊合金中发现这类合金特性，却仍然没有引起人们的足够重视。直到1963年，人们发现镍钛合金具有形状记忆的特性后，才掀起了记忆合金研究的热潮。

经过多年的研究和试用，人们发现记忆合金在高温下具有较高的结构对称性，通常呈现为有序的立方结构。根据其结构变化的记忆效应，我们可以将记忆合金分为以下三类：

第一类是单程记忆效应的记忆合金，它可在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状；第二类是双程记忆效应的记忆合金，它可在加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状；第三类是全程记忆效应的记忆合金，它可在加热时恢复高温相形状，冷却时则变为形状相同而取向相反的低温相形状。

目前，记忆合金已经发展到了数十种，在农业、工业、医疗、航空、军事等领域有着广泛的用途。例如，在工业领域，人们利用它的单程记忆效应来制造天线、套环等；利用它的双程记忆效应来生产热敏元件、接线柱、热机等。人们还广泛地利用它的超弹性特性，来生产弹簧、眼镜架等。此外，由于锑镍合金的生物相容性很好，我们利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。由此可见，记忆合金的未来发展趋势将十分可观，可以被合理利用，从而造福于人类。

记忆合金在医疗上的运用——骨折固定器

知识解码

热　机

热机原理就是将燃料的化学能转化成内能，再由内能转化为机械能的机器，如蒸汽机、汽轮机、内燃机、外燃机等。它通常以气体作为工质，利用气体受热膨胀而对外做功。它在人类的生活中发挥着越来越重要的作用，我们现在的火车、汽车、轮船、飞机等交通工具都要依靠它来提供动力。虽然热机的应用和发展推动了整个社会的快速发展，但是也不可避免地损失了许多能量，而且对我们的环境造成了一定程度的污染和破坏。

在所有的热机中，较为典型的热机就是内燃机和外燃机。

内燃机是通过使燃料在机器装置内部燃烧，然后将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机、喷气式发动机等，但我们通常所说的内燃机指的是活塞式内燃机。外燃机又称斯特林发动机，是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机。现在，新型的外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内都充有一定容积的工质。工质在低温的冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，通过工质的膨胀来做功。工质不直接参与燃烧，也不需要更换。由于外燃机避免了传统内燃机的震爆做功问题，所以拥有高效律、低噪音、低污染和低运行成本的优点。