镍钛诺

米拉Senthilingam

本周，尼尔·威瑟斯探索了一个不寻常的现象……

尼尔·威瑟斯

你可曾见过那些可以被砸坏，但又能“反弹”回原形的眼镜?如果是这样，你可能会像我一样想知道，它们究竟是如何工作的。毕竟，这似乎完全违背了你对金属行为的任何了解或经验。例如，回形针一旦弯曲变形，就更有可能崩溃，而不是恢复原来的形状。

你可能会惊讶地发现，众所周知的形状记忆效应可以追溯到好几年前——20世纪30年代。但结合利用这种效应的材料的产品只是在最近的几十年才进入市场。

大多数已知具有这种形状记忆能力的材料都是合金——两种或两种以上金属的混合物——其中最广为人知的是铝镍- - - - - -钛合金称为镍钛合金。这个名字来源于这两种金属和它的性质被发现的地方美国海军军械实验室．

它的发现是一个经典的故事。一位名叫威廉·比勒(William Buehler)的研究人员试图制造一种更好的导弹头锥，一种能抗疲劳、耐热和冲击的导弹头锥。一种1比1的镍钛合金起了作用，所以他在一次会议上拿了一些给同事们看。他传递的样品像手风琴一样折叠起来。有人，大概是想测试它的耐热性能，用打火机加热它。令所有人惊讶的是，这条手风琴状的带子伸展开来，恢复了原来的形状。

那么它是如何工作的呢?就像化学中的许多问题一样，答案在于原子结构。在镍钛合金中，钛原子和镍原子相对于彼此占据明确的原子位置，而在许多其他合金中，位置是随机的。当加热到500摄氏度左右时，它会形成一个非常坚固的立方对称结构，称为奥氏体．这与许多类型的钢的结构非常相似，我们都知道钢是非常坚固的。在高温下制作镜框可以将镜框中的金属“锁”成正确的形状。

在较低的温度下，镍钛诺改变晶体结构为单斜晶结构，这种结构要弱得多。这叫做马氏体，它允许原子层相互滑动。所以在室温下，框架是灵活的，但只要一点点的温暖就能给它们足够的能量，使它们恢复到以前的结构。

不幸的是，这种结构阻碍了这些神奇的材料被使用这么长时间。制造金属原子处于特定位置的合金是很困难的，而且要花很多钱。这就是为什么镍钛合金的第一个用途是在战斗机和医疗设备上，这两个领域的价格都可以让位于性能。

使用记忆金属的医疗设备是支架和过滤器，它们可以插入患者的血管，并“充气”以恢复其原始形状，并撑开那些脆弱或堵塞的静脉。镍钛诺还有一种不那么救命的用途，它还被用于制作牙套:人体的热量足以使钢丝绷紧，恢复到原来的形状，把牙齿也拉得笔直。

当然，还有玻璃杯，在被坐上之后，它们会神奇地弹回原来的形状。对于这样一种奇妙的，几乎是奇迹的材料，它的用途却相当有限，这似乎是一种耻辱。另一个限制是寿命-随着时间和反复弯曲，材料将遭受疲劳，裂纹可以发展和传播。即使没有外部裂纹，晶体结构中的位错也会堆积起来，阻止合金恢复到正确的形状。但一种新的、形状更好的记忆合金——一种锌、金和铜的组合——却有了成功最近被发现．这提供了更好的可逆性，在更多的热循环中，关键转变温度的变化要小得多。

所以也许在未来，越来越多的金属物体将具有这种神奇的记忆效应。

米拉Senthilingam

让我们拭目以待。这是必威体育 红利账户尼尔·威瑟斯(Neil Withers)提出了令人难忘的镍钛形状记忆合金化学原理。下周，幸运的意外?

斯蒂芬•华莱士

1931年，杜邦公司驻英国的有机化学家阿瑟·福克斯(Arthur Fox)在他的实验室里不小心释放了一缕细晶粉末。他很惊讶地听到他的同事抱怨这种化合物的味道有多苦，尤其是他自己，离化合物最近的人，完全尝不出任何味道。

米拉Senthilingam

看看为什么没有这种味道，以及这背后的化学反应，下周请加入斯蒂芬·华莱士的节目元素中的化学．在那之前，感谢大家的聆听。我是Meera Senthilingam。