金属是一类古老的材料。早在6000多年前,人类就发现并使用了金属铜。到公元前五世纪,中国已经大量炼铁和使用铁器。提及一般的金属材料,如 金、银、铜、铁、铝……等等,人们大都耳熟能详,如数家珍。但是,您听说过有“记忆”本领的金属材料——形状记忆合金吗?传统观念认为,只有人和某些动物才有“记忆”的能力,非生物是不可能有这种能力的。难道合金也会和人一样具有记忆能力吗?答案是肯定的,形状记忆合金就是这样一类具有神奇“记忆”本领的新型功能材料。
1963年,美国海军军械研究室在一项试验中需要一些镍钛合金丝,他们领回来的合金丝都是弯弯曲曲的。为了使用方便,于是就将这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。在后续试验中一种奇怪的现象出现了:当温度升到一定值的时候,这些已经被拉得笔直的合金丝,突然又魔术般地迅速恢复到原来弯弯曲曲的形状,而且和原来的形状丝毫不差。再反复多次试验,每次结果都完全一致,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。就好像在从前被“冻”得失去知觉时被人们改变了形状,而当温度升高到一定值的时候,它们突然“苏醒”过来了,又“记忆”起了自己原来的模样,于是便不顾一切地恢复了自己的“本来面目”。形状记忆效应可用图1所示的简单实验演示,原本弯弯曲曲的形状记忆合金丝(a)经拉直后(b),只要放入盛有热水的烧杯中,合金丝就会迅速恢复到和原来一摸一样的弯弯曲曲的形状(c)。
忆合金不仅单次“记忆”能力几乎可达百分之百,即恢复到和原来一模一样的形状,更可贵之处在于这种“记忆”本领即使重复500万次以上也不会产生丝毫疲劳断裂。因此,形状记忆合金享有“永不忘本”、“百折不挠”等美誉,被比作一个人应具有的永不变节、坚贞不屈的精神和气节。
人们常说蚂蚁有本事,是因为即使是当今奥运会举重冠军也不过仅能举起自身重量的2倍左右,而蚂蚁却能举起自重的20倍。但是若与形状记忆合金相比,蚂蚁就只能甘拜下风,自愧弗如了,因为形状记忆合金(以镍钛为例)的出力本领可达自重的100倍以上。如图2所示,形状记忆合金(a)能撑起自重100倍以上的重量,马达(b)的驱动力可达自重的50倍,而蚂蚁(c)和人(d)则分别是20倍和2倍。可见,形状记忆合金才是名副其实的大力士。