关于形状记忆金属发展前景的研究

关于形状记忆金属发展前景的研究随着科技的发展，带动了一系列高新技术材料的发展，拥有人一样记忆的材料已经得到了很广泛的运用。在不同的条件下有着不一样的形态，他们可以记忆自己，在几种形状中自由变换。正是由于这种优良的特性，它在各个行业已经得到了很好的运用。

在网上浏览了十几篇关于形状记忆金属的文献，研读了5份中文文献、一份外文文献。形状记忆金属的原理、特性、运用都受到了现今社会的广泛关注。

记忆金属实在上世纪60年代由美国海军一研究小组意外发现。他们观察到一些牟钛合金拉直后在一定条件下又能恢复弯曲。由此引发了科学研究的广泛兴趣。根据文献的内容，为什么这些合金能具有这种形状记忆效应？它们是怎样记住自己的原形？用一般金属键理论、自由电子理论是难以解释合金的这种记忆效应的。记忆合金在一定的温度条件下能回复到原形，为核外电子的运动--随温度变化的运动，提供了绝佳的例证。文献[4]中有关于这种记忆性能的细观力学本构模型，定义了一个能反映形状记忆合金超弹性和形状记忆效应的概念:形状记忆因子.利用相变过程中自由能与马氏体体积分数之间的微分关系,推导了形状记

忆因子演化方程.从细观力学角度建立了一个考虑马氏体择优取向过程的形状记忆合金三维本构模型.与功能相同的现有模型相比,该模型具有更简单的数学表述和清晰的物理意义。

记忆金属分为以下三种：

（1）单程记忆效应

形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。

（2）双程记忆效应

某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。

（3）全程记忆效应

加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。

由于这些绝佳的特性，记忆金属在工业、医学等发面都有表现了很大的潜力

工业应用：

（1）利用单程形状记忆效应的单向形状恢复。如管接头、天线、套环等。

（2）外因性双向记忆恢复。即利用单程形状记忆效应并借助外力随温度升降做反复动作，如热敏元件、机器人、接线柱等。

（3）内因性双向记忆恢复。即利用双程记忆效应随温度升降做反复动作，如热机、热敏元件等。但这类应用记忆衰减快、可靠性差，不常用。

（4）超弹性的应用。如弹簧、接线柱、眼镜架等。

医学应用：

TiNi合金的生物相容性很好，利用其形状记忆效应和超弹性的医学实例相当多。如血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板、髓内针、人工关节、避孕器、心脏修补元件、人造肾脏用微型泵等。在文献[1]中就阐述了这些方面的研究成果，及其在医学方面的应用。

文献三中提到了应用的前景,文中提到智能热敏聚合物是一种能够对外界温度的变化发生预定响应,从而使聚合物特定的宏观性能随之发生相应的变化的高分子材料,形状记忆聚合物为智能热敏聚合物的一种.聚氨酯、聚降冰片烯,反式1,4-聚异戊二烯等均具有现状记忆特性.与形状记忆金属合金相比,形状记忆高分子材料具有质量轻、成本低、形状记忆温度易于调节、易于着色、形变量大、赋型容易,且易于在预定温度下被激发等特点.特别是形状记忆聚氨酯,具有结构——性能易于控制,形状记忆温度选择范围宽(-30℃~70℃)等优点,因而在诸多领域(如生物医学、纺织服饰、玩具、包装、国防军工等)显示了广阔的应用前景.在纺织领域,具有形状记忆的领带、腹带、服饰衬里、乳罩、绷带、运动服、军用作战服、登山服和帐篷等以其抗皱、免烫、防水、透湿、保温和定型等多种功能可通过体温或温度自动调节等智能特性,深受消费者青睐.本文将对智能热敏高分子材料的研究和发展进行了回顾,重点

介绍了该类材料的结构特征、形状记忆机理及其在纺织、生物医用材料和国防军工等领域的应用前景,并对该类材料的发展前景进行了展望.

对于这一种高科技材料我认为应该更加广泛的去开发、去利用，21世纪是一个电子时代，计算机传感器在各个方面的有很好的运用，但却有着庞大的身躯，并且复杂难掌握。形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化，如全息机器人、毫米级超微型机械手等。21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。而我们在这方面的研究还是很欠缺的、加强了这一方面的研究我们在自动化的进程上会有质的飞跃。

利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可以制作多种温控器件，可以制作温控电路、温控阀门，温控的管道连接。人们已经利用记忆合金制作了自动的消防龙头--失火温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。制作了机械零件的连接、管道的连接，飞机的空中

加油的接口处就是利用了记忆合金--两机油管套结后，利用电加热改变温度，接口处记忆合金变形，使接口紧密滴水（油）不漏。制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线--先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。

因此我认为此种材料在医学、天文学、工业方面的应用应给予更大的关注。记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观。这些研究表明我们已经做出了一个迈步，但我们需要将这一步迈的更大。加以时日，它将大展宏图、造福于人类。

参考文献

1]王若新.形状记忆金属合金的医疗应用范围[J].上海生物医学工程,2004,25(1)

[2]周博,刘彦菊,冷劲松.形状记忆合金的剪切本构模型[J].金属学报,2009,45(10)

[3]胡金莲.智能热敏形状记忆聚合物及其应用[A].21世纪高技术、高性能、高附加值新型化纤及应用发展论坛论文集[C].2004.

[4]周博,王振清,梁文彦.形状记忆合金的细观力学本构模型[J].金属学报,2006,42(9)

[5]赵连城.形状记忆与超弹性镍钛合金的发展和应用[J].中国有色金属学报,2004,14(z1)

外文文献

Effect of ageing on the phase transformation temperatures and shape memory effect of a NiAl-Fe alloy

[外文期刊] C.Y. Xie, J.S. Wu - Intermetallics, 2000 1