有些金属为什么有“记忆”能力
为小时候是孩子学习的黄金时间段,孩子的教育应该从小培养,培养孩子的智力,记忆力。当然动物也有一定的智力和记忆力,但是为什么说一些合金也和人一样具有神奇的“记忆”本领呢?非生物是不可能具备这项能力,下面就由我来给大家解答一下疑惑吧。
1963年,美国海军军械研究室在一项实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,他们就将这些弯弯曲曲的细丝一根根地拉直后使用。在后续实验中,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的弯弯曲曲的模样,而且和原来的形状丝毫不差。经过反复多次实验,每次结果都一样,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“冻”得失去知觉时被改变了形状,而当温度升高到一定值的时候,它们突然“苏醒”过来,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”。
后来,科学家又发现另一些合金体系,如金镉、铜镍、铜铝、铜锌和铁锰系合金等,也有类似的`“永不忘本”的“记忆”能力,于是给它们起了个好听的名字——形状记忆合金。除了记忆合金外,科学家在陶瓷中也发现了类似的记忆效应,并将其命名为形状记忆陶瓷。
形状记忆合金不仅单次“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或断裂。这是为什么?
原来,一般金属材料受到外力作用后,会发生弹性变形,达到屈服点,产生塑性变形,压力消除后留下永久变形。但有些合金,在发生了塑性变形后,内部处于一种不稳定的结构,只要对其加热到一定温度,又会转变成原来的稳定结构。这种现象就叫形状记忆效应。
随着科学家对形状记忆合金的深入研究,这种神奇的材料在机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域的新用途被不断地开发出来。
不是自己着手的很难记啊?如果是卖得好的或者有印象的就很好记。其实很多牌子的砖都是记后面的数字就行了。以瓷片为优。例如升华会以S代表牌子。AB代表上下墙套。45.30.60.代表规格。最前面的123代表类别。最后的三个数字才是编号所以升华的砖会有SA45015,2sb45309等等编号。我勉强接触过一些牌子的瓷片。他们也会以数字或字母表示是否模具,辊筒或丝网,有光哑光等等。希望这些能帮到你
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1.1 新型材料与高新技术
1.1.1 何谓“新型材料”,“高新技术”
1.1.2 新型材料是高新技术研究、开发的先导和基石
1.2 新型材料的特征与分类
1.2.1 新型材料的特征
1.2.2 五彩缤纷、绚丽多彩的材料世界
1.3 材料的成分、结构与性能之间的关系
1.3.1 材料科学的“四要素”与“五要素”
1.3.2 材料结构、成分、性能与应用之间的关系
1.4 新型材料的发展趋势
1.4.1 伴随高科技的迅猛发展,对新型材料提出新的总体要求
1.4.2 新型材料的发展趋势
思考题
第2章 新型金属材料
2.1 概述
2.1.1 金属材料仍将是21世纪最主要的结构材料
2.1.2 金属材料的主要强韧化途径
2.2 新型工程结构用钢
2.2.1 低合金结构钢
2.2.2 新型工程结构用钢的成分与组织设计
2.2.3 控制加工工艺过程,提高钢的强韧性
2.2.4 控制夹杂物形态
2.2.5 微合金化低碳高强度钢
2.2.6 微合金化低碳F-M双相钢
2.2.7 发展新型低合金结构钢
2.2.8 积极开发低碳马氏体(M)钢
2.3 新型机器零件用钢——非调质钢
2.3.1 概述
2.3.2 强韧化特点
2.3.3 冶金工艺特点
2.3.4 性能特点
2.3.5 非调质钢的应用
2.3.6 非调质钢的发展与研究动向
2.4 金属间化合物高温结构材料
2.4.1 金属间化合物及其特性
2.4.2 改善金属间化合物作为高温结构材料的方法
2.4.3 金属间化合物结构材料的发展
2.5 刚柔相济的超塑性合金
2.5.1 超塑性合金的由来
2.5.2 超塑性合金的优点
2.5.3 为什么金属会产生超塑性行为
2.5.4 外界条件对超塑性的影响
2.5.5 超塑性合金的作用
思考题
第3章 新型聚合物合成材料
3.1 概述
3.1.1 聚合物材料的发展与分类
3.1.2 聚合物材料的性能
3.1.3 聚合物材料的强韧化(即改性)
3.1.4 聚合物材料的发展前景展望
3.2 新型工程塑料
3.2.1 通用工程塑料
3.2.2 特种工程塑料
3.3 聚合物液晶材料
3.3.1 何谓液晶材料
3.3.2 聚合物液晶材料的形成
3.3.3 聚合物液晶材料的类型
3.3.4 聚合物液晶必须具备的条件
3.3.5 聚合物液晶特殊的结构
3.3.6 奇妙的效应
3.3.7 聚合物液晶材料的应用
3.3.8 聚合物液晶材料的发展
3.4 导电聚合物材料
3.4.1 概述
3.4.2 结构型导电聚合物材料
3.4.3 复合型导电聚合物材料
3.5 聚合物材料与可持续发展
3.5.1 废弃聚合物的回收与再利用
3.5.2 绿色聚合物——环保与可降解聚合物
思考题
第4章 新型无机非金属材料
4.1 概述
4.1.1 无机非金属材料的范围
4.1.2 无机非金属材料的分类
4.1.3 无机非金属材料的制备方法
4.1.4 无机非金属材料的基本特点
4.1.5 无机非金属材料的应用发展前景
4.2 氧化物陶瓷材料
4.2.1 氧化铝(aluminum oxide,alumina)
4.2.2 二氧化锆
4.2.3 ZTA陶瓷
4.3 碳化物陶瓷材料
4.3.1 碳化硅(silicon carbide)陶瓷
4.3.2 碳化硼(boron carbide)陶瓷
4.3.3 碳化钛陶瓷
4.4 氮化物陶瓷材料
4.4.1 氮化硅陶瓷(silicon nitride ceramics)
4.4.2 SiMon陶瓷
4.4.3 氮化铝陶瓷(aluminium nitride ceramics)
4.4.4 氮化硼陶瓷
4.5 碳素材料
4.5.1 概述
4.5.2 石墨材料的分类和应用
4.5.3 C60和碳纳米管材料
思考题
第5章 新型复合材料
5.1 概述
5.1.1 复合材料的概念
5.1.2 复合材料的分类
5.1.3 复合材料的性能特点
5.1.4 复合材料的现状与发展前景
5.2 复合材料用增强材料
5.2.1 纤维增强体
5.2.2 颗粒增强体
5.2.3 片状增强体
5.2.4 织物增强体
5.2.5 毡状增强体
5.3 聚合物(树脂)基复合材料
5.3.1 概述
5.3.2 纤维增强聚合物基复合材料
5.3.3 颗粒填充聚合物基复合材料
5.3.4 聚合物基层状复合材料
5.4 金属基复合材料
5.4.1 连续纤维增强金属基复合材料
5.4.2 晶须增强金属基复合材料
5.4.3 颗粒增强金属基复合材料
5.5 陶瓷基复合材料
5.5.1 纤维增强陶瓷基复合材料
5.5.2 晶须增强陶瓷基复合材料
5.5.3 颗粒弥散强化陶瓷基复合材料
5.5.4 纳米陶瓷(基)复合材料
5.6 梯度功能材料研究进展
5.6.1 概述
5.6.2 梯度功能材料的研究动态
5.6.3 前景展望
思考题
第6章 非晶、准晶与纳米材料
6.1 材料的稳定态与亚稳态
6.1.1 亚稳态常见的几种类型
6.1.2 为什么非平衡的亚稳态能够存在
6.2 非晶态材料
6.2.1 非晶态的形成
6.2.2 非晶态的结构特性
6.2.3 非晶态合金的性能
6.2.4 非晶态合金的制备与应用
6.3 材料的准晶态
6.3.1 准晶的形成
6.3.2 准晶的结构特征
6.3.3 准晶的性能
6.3.4 准晶的应用
6.4 纳米材料
6.4.1 概述
6.4.2 纳米材料的结构特征
6.4.3 纳米材料的性能
6.4.4 纳米材料的合成与制备
6.4.5 纳米材料的应用
6.4.6 实现“在原子和分子水平上制造材料和器件”的梦想
思考题
第7章 新型功能材料
7.1 概述
7.1.1 功能材料的发展
7.1.2 功能材料的特征与分类
7.1.3 功能材料的现状与展望
7.2 新型电功能材料——超导材料
7.2.1 超导材料的开发历程
7.2.2 超导体的几个特征值
7.2.3 超导材料的类型
7.2.4 超导材料的应用
7.3 生物医学材料
7.3.1 生物医学材料的发展概况
7.3.2 生物医学材料的用途、基本特性及分类
7.3.3 金属生物医学材料
7.3.4 生物陶瓷
7.3.5 生物医用聚合物材料川
7.3.6 生物医学材料的发展趋势
思考题
第8章 新能源材料
8.1 锂离子电池材料
8.1.1 概述
8.1.2 锂离子电池负极材料的研究
8.1.3 锂离子电池正极材料
8.1.4 二次锂离子电池电介质研究的进展
8.2 镍氢电池材料
8.2.1 概述
8.2.2 镍氢电池的正极材料
8.2.3 镍氢电池的负极材料——储氢合金
8.2.4 Ni-MH电池的电解液
8.3 燃料电池材料
8.3.1 概述
8.3.2 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)
8.3.3 固体氧化物燃料电池(SOFC)
8.3.4 质子交换膜燃料电池(PEMFC)
思考题
第9章 智能材料
9.1 概述
9.1.1 智能材料的发展历程
9.1.2 智能材料的定义与特性
9.2 神秘的形状记忆智能材料
9.2.1 形状记忆效应(SME)的概念
9.2.2 SME的实质
9.2.3 SMA材料与开发过程
9.2.4 SMA的应用
9.2.5 形状记忆陶瓷与形状记忆聚合物材料的开发、应用
9.3 发展中的电流变液智能材料
9.3.1 概述
9.3.2 电流变液的分类及电流变液效应
9.3.3 电流变液的影响因素
9.3.4 电流变液的应用
9.3.5 电流变液材料的研究进展
形状记忆合金的这些独特性质源于其内部发生的一种独特的固态相变——热弹性马氏体相变. 例如,镍-钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的,但温度在40℃上下变化时,合金就会收缩或膨胀,使得它的形态发生变化.这里,40℃就是镍-钛记忆合金的“相变温度”.各种合金都有自己的相变温度.
目前形状记忆合金已有十几种合金体系:包括Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、NiAl、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等等.研究最多应用最广的主要有TiNi基形状记忆合金、铜基形状记忆合金、铁基形状记忆合金三个大类.
目前我们听说到最多和我们最密切相关的应用就是制造眼镜架的“记忆金属”了,这种“记忆金属”应当是镍钛合金的——即所谓钛金属眼镜架.这种眼镜架,有传统金属眼镜架无法可比的优点.首先,钛金属眼镜架,特别轻,同一款式的眼镜架,钛架比传统架轻一半;其次,钛金属架具有超弹性,永不变形的优点可将两镜腿向两侧拉伸直以与镜圈成一条线,都不会拉断,鼻梁扭曲90度也不会变形.钛金属架还有一个特点是:它化学稳定性好,非常耐腐蚀.不易被污水浸蚀,也不会引起皮肤过敏,戴传统金属架有皮肤过敏史的人非常合适戴钛金属架.戴上钛金属架的眼镜,既轻巧、又结实,长期使用仍是光亮如新永不变形.
另外顺便说一句:形状记忆合金(记忆金属)只是形状记忆材料(智能材料)的一个大类,形状记忆材料除形状记忆合金外还包括形状记忆陶瓷和形状记忆高分子聚合物等.
形状记忆合金按照记忆效应表现形式可以分为三种:
(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.
最早关于形状记忆效应的报道是由Chang及Read等人在1952年作出的.他们观察到Au-Cd合金中相变的可逆性.后来在Cu-Zn合金中也发现了同样的现象,但当时并未引起人们的广泛注意.直到1962年,Buehler及其合作者在等原子比的TiNi合金中观察到具有宏观形状变化的记忆效应,才引起了材料科学界与工业界的重视.到70年代初,CuZn、CuZnAl、CuAlNi等合金中也发现了与马氏体相变有关的形状记忆效应.几十年来,有关形状记忆合金的研究已逐渐成为国际相变会议和材料会议的重要议题,并为此召开了多次专题讨论会,不断丰富和完善了马氏体相变理论.在理论研究不断深入的同时,形状记忆合金的应用研究也取得了长足进步,其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域.
形状记忆合金的具体应用如下.
※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.
※高科技应用展望:
20世纪是机电学的时代.传感——集成电路——驱动是最典型的机械电子控制系统,但复杂而庞大.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。
记忆合金的特性是50年代初期被发现的,金镉、铟铊合金都有这种特性。 【记忆合金的应用】
记忆合金已用于管道结合和自动化控制方面,用记忆合金制成套管可以代替焊接,方法是在低温时将管端内全扩大约 4%,装配时套接一起,一经加热,套管收缩恢复原形,形成紧密的接合。美国海军飞机的液压系统使用了10万个这种接头,多年来从未发生漏油和破损。船舰和海底油田管道损坏,用记忆合金配件修复起来,十分方便。在一些施工不便的部位,用记忆合金制成销钉,装入孔内加热,其尾端自动分开卷曲,形成单面装配件。
记忆合金特别适合于热机械和恒温自动控制,已制成室温自动开闭臂,能在阳光照耀的白天打开通风窗,晚间室温下降时自动关闭。记忆合金热机的设计方案也不少,它们都能在具有低温差的两种介质间工作,从而为利用工业冷却水、核反应堆余热、海洋温差和太阳能开辟了新途径。现在普遍存在的问题是效率不高,只有 4%~6%,有待于进一步改进。
记忆合金在医疗上的应用也很引人注目。例如接骨用的骨板,不但能将两段断骨固定,而且在恢复原形状的过程中产生压缩力,迫使断骨接合在一起。齿科用的矫齿丝,结扎脑动脉瘤和输精管的长夹,脊柱矫直用的支板等,都是在植入人体内后靠体温的作用启动,血栓滤器也是一种记忆合金新产品。被拉直的滤器植入静脉后,会逐渐恢复成网状,从而阻止 95%的凝血块流向心脏和肺部。 人工心脏是一种结构更加复杂的脏器,用记忆合金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合,可以模仿心室收缩运动。现在泵送水已取得成功。
由于记忆合金是一种“有生命的合金”,利用它在一定温度下形状的变化,就可以设计出形形色色的自控器件,它的用途正在不断扩大。
记忆合金是一种原子排列很有规则、体积变为小于0.5%的马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形,当把外力去掉,在一定的温度条件下,能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能,因此叫做"记忆合金"。当然它不可能像人类大脑思维记忆,更准确地说应该称之为"记忆形状的合金"。此外,记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点,因此应用十分广泛。