形状记忆材料全解

按形状恢复形式，形状记忆效应可分为：
单程形状记忆效应 在低温下塑性变形，加热时恢复高温时形状，在 冷却时不回复低温形状 双程形状记忆效应
加热时恢复高温形状，冷去时恢复低温形状，即 随温度升降，高、低温形状反复出现
全程形状记忆效应 在实现双程记忆的同时，冷却到更低温时出现 与形状完全相反的形状
单程（a）和双程（b）形状记忆效应
智能方面的Leabharlann Baidu用

形状记忆合金兼有感知和驱动功能，若复合在工作机构中 并配上微处理器，便成为智能材料，可广泛用于各种自动 调节和控制装置。如农艺温室窗户的自动开闭装置，自动 电子干燥箱，自动启闭的电源开关，火灾自动报警器，消 防自动喷水龙头。尤其是形状记忆合金薄膜可能成为未来 机械手和机器人的理想材料，它们除了温度外不受任何外 界环境条件的影响．可望在太空实验室、核反应堆、加速 器等尖端科学技术中发挥重要作用。
全程记忆效应
四条互成 45°夹角的薄条带，在100℃开水中呈现结扎点在上的圆球形a， 从开水中缓慢提起来时的形状b ，在室温时变成近似直线c，浸泡在冰水 中，反方向弯曲d，在干冰-酒精液中冷却到-40℃时，形状变成结扎点在 圆球内部下方的与a相似的圆球形e ，放入 100℃水中，则又恢复成形状 a 。
形状记忆材料
参与人员：郭星宇、凌娟娟

形状记忆材料 ( Shape Memory Effect，简称SME)： 指具有形状记忆效应的材料。形状记忆材料通常是两种以 上的金属元素构成，所以也叫形状记忆合金。形状记亿材 料是一种特殊功能材料，这种集感知和驱动于一体的新型 材料可以成为智能材料结构，而备受世界瞩目。
形状记忆效应

将材料在一定条件下进行一定限度以内的变形后，再对材 料施加适当的外界条件，材料的变形随之消失而回复到变 形前的形状的现象，称为形状记忆效应。

对于普通金属材料，受 到外力作用时，当应力超过 屈服强度时，产生塑性变形， 应力去除后，塑性变形永久 保留下来，不能恢复原状。 而形状记忆材料，在加 载过程中，应变随应力增加， OA段为弹性变形的线性段， AB 为非线性段，由 B 点卸载 时，残余应变为OC，将此材 料在一定温度加热，则残余 应变降为零，材料全部恢复 原状。
形状记忆材料的分类
形状记忆合金 金 钛-镍系形状记忆合金 铜基系形状记忆合
铁系形状记忆合金
形状记忆陶瓷
形状记忆聚合物SMP(聚降冰片烯、反式聚异 戊二烯（TPI）、苯乙烯-丁二烯共聚物以及聚 氨酯(PU)等)
形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、自动控 制系统、医学、能源等领域具有重要的应用。形状记 忆合金已广泛用于人造卫星天线、机器人和自动控制 系统、仪器仪表、医疗设备和能量转换材料。近年来， 又在高分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形状 记忆效应，而且在性能上各具特色，更加促进了形状 记忆材料的发展相应用。
高技术中的应用

形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线。由 Ti—Ni 合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨 道后，利用太阳能或其他热源加热就能在太空中展开。
大量使用形状记忆合金材料 的是各种管件的接头。将Ti-Ni 合金加工成内径稍小于欲接管 外径的套管，使用前将此套管 在低温下加以扩管，加热后， 套管接头的内径即恢复到扩管 前的口径，将两根管子紧密地 连接在一起。由于形状记忆恢 复力大，故连接得很牢固，装 配时间短，操作方便。 美国自1970年在F14喷气战 斗机的油压系统上采用这种管 接头10万个，迄今末发生一例 泄漏事故。这类接头还可用于 核潜艇的配管、海底管道、电 缆系统的连接等。我国已研制 成Ti-Ni-5Co、Ti-Ni-2.5Fe形状 记忆合金管接头。

“记忆金属”食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要时只 要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩，从而可轻 易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高了生活质量。

可应用到夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。 将SMP树脂加工成创伤部位的形状，用热风加热使其软化， 在外力作用下变形为易装配的形状，冷却固化后装配到创 伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。取下时也极为方 便，只需热风加热软化。
形状记忆效应示意图

形状记忆效应的发现和发展：
1951年，应用光学显微镜观察到：Au47.5at％Cd 合金中，低温马氏体相和高温母相之间的界面，随 温度下降向母相推移（母相->马氏体），随温度上 升又向马氏体推移。但没有引起功能应用的重视。 直至1964年布赫列等人发现Ni － Ti合金具有优 良的形状记忆性能，并研制出实用的形状记忆合金 Nitinol,命名并发展。
20世纪70年代以来已开发出Ni－Ti基形状记忆 合金、Cu－Al－Ni基和Cu－Zn－Al基形状记忆 合金；80年代开发了Fe－Ni－Co－Ti基和Fe－ Mn－Si基形状记忆合金。 迄今为止，已有10多个系列的50多个品种。 这些形状记忆合金广泛应用于航空、航天、汽 车、能源、电子、家电、机械、医疗和建筑等 行业。 除合金外，也发现在一些非金属材料如高 聚物和陶瓷中也有形状记忆现象。
医学上的应用
作医用生物材料使用的主要是Ti-Ni合金。 Ti-Ni合金强度高，耐腐蚀，抗疲劳，无 毒副作用，生物相容性好，可以埋入人 体作生物硬组织的修复材料。例如，TiNi合金丝插入血管，由于体温使其恢复 到母相的网状，作为消除凝固血栓用的 过滤器。用Ti-Ni合金制成的肌纤维与弹 性体薄膜心室相配合，可模仿心室收缩 运动、制造人工心脏。用Ti-Ni合合制成 的人造肾脏微型泵、人造关节、骨骼、 牙床、脊椎矫形棒、骨折固定连接用的 加压骑缝钉、颅骨修补盖板、以及假肢 的连接等。

缓冲材料

汽车：用这种“记忆金属”造出汽车，万一被撞瘪，只 要浇上一桶热水就可恢复到原来的形状。SMP材料用于汽车 的缓冲器、保险杠、安全帽等，当汽车突然受到冲撞保护 装置变形后，只需加热，就可恢复原状。

将SMP树脂用来制作火灾报警感温装置、自动开闭阀门、残 疾病人行动使用的感温轮椅等。采用分子设计和材料改性 技术，提高SMP的综合性能，赋予 SMP的优良特性，必将在 更广阔的领域内拓宽其应用。