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技術文章

傳感器上的形狀記憶合金和納米材料

形狀記憶合金
1963年，美國**軍械研究所的比勒在研究工作中發現，在高于室溫較多的某溫度范圍內，把一種鎳-鈦合金絲燒成彈簧，然后在冷水中把它拉直或鑄成正方形、三角形等形狀，再放在40 ℃以上的熱水中，該合金絲就恢復成原來的彈簧形狀。后來陸續發現，某些其他合金也有類似的功能。這一類合金被稱為形狀記憶合金。每種以一定元素按一定重量比組成的形狀記憶合金都有一個轉變溫度；在這一溫度以上將該合金加工成一定的形狀，然后將其冷卻到轉變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉變溫度以上，該合金便會自動地恢復到原先在轉變溫度以上加工成的形狀。

   1969年，鎳--鈦合金的“形狀記憶效應”**在工業上應用。人們采用了一種與眾不同的管道接頭裝置。為了將兩根需要對接的金屬管連接，選用轉變溫度低于使用溫度的某種形狀記憶合金，在高于其轉變溫度的條件下，做成內徑比待對接管子外徑略微小一點的短管(作接頭用)，然后在低于其轉變溫度下將其內徑稍加擴到該接頭的轉變溫度時，接頭就自動收縮而扣緊被接管道，形成牢固緊密的連接。美國在某種噴氣式戰斗機的油壓系統中便使用了一種鎳-欽合金接頭，從未發生過漏油、脫落或破損事故。

   1969年7月20日，美國宇航員乘坐“阿波羅”11號登月艙在月球上**留下了人類的腳印，并通過一個直徑數米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個龐然大物般的天線是怎么被帶到月球上的呢?就是用一種形狀記憶合金材料，先在其轉變溫度以上按預定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團，裝進登月艙帶上天去。放置于月球后，在陽光照射下，達到該合金的轉變溫度，天線“記”起了自己的本來面貌，變成一個巨大的半球。

   科學家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進一步研究開發了欽鎳銅、鈦鎳鐵、鈦鎳鉻等新的鎳鈦系形狀記憶合金；除此以外還有其他種類的形狀記憶合金，如:銅鎳系合金、銅鋁系合金、銅鋅系合金、鐵系合金(Fe-Mn-Si,Fe-Pd)等。

    形狀記憶合金在生物工程、醫藥、能源和自動化等方面也都有廣闊的應用前景。

納米材料
就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，是一米的十億分之一，并沒有物理內涵。當物質到納米尺度以后，大約是在1～100納米這個范圍空間，物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。**個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發法做了超微離子，并通過研究它的性能發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20～30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。

   納米技術是一種在納米尺度空間內的生產方式和工作方式，并在納米空間認識自然、創造一種新的技能。比如進入血管的機器人很小，將來它要工作的工具就必須是納米材料。*近，科學家已經發明了納米鏟子、納米勺子，血管機器人可以在血管里用這些工具來進行操作，這就是納米工具，絕不象現在工具這樣。

   納米技術的內涵非常廣泛，它包括納米材料的制造技術，納米材料向各個領域應用的技術(含高科技領域)，在納米空間構筑一個器件實現對原子、分子的翻切、操作以及在納米微區內對物質傳輸和能量傳輸新規律的認識等等。但是，我們不要把納米技術僅僅看作是納米材料，也不能把納米材料僅僅理解為是納米粉體。納米粉體僅僅是納米材料的一個內涵，實際上納米絲、納米管、納米線、納米電纜、納米薄膜、三維納米塊體、復合材料等等都是納米材料，范圍相當廣。另外，納米材料不單純是固態的，也有液態，例如納米水，用高頻超聲處理，使水分子結成小汽團。

來源:互聯網

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