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技術(shù)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(guó)**軍械研究所的比勒在研究工作中發(fā)現(xiàn)，在高于室溫較多的某溫度范圍內(nèi)，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(fù)成原來的彈簧形狀。后來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，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(gè)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變溫度以下，人為地改變其形狀后再加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，該合金便會(huì)自動(dòng)地恢復(fù)到原先在轉(zhuǎn)變溫度以上加工成的形狀。

   1969年，鎳--鈦合金的“形狀記憶效應(yīng)”**在工業(yè)上應(yīng)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(duì)接的金屬管連接，選用轉(zhuǎn)變溫度低于使用溫度的某種形狀記憶合金，在高于其轉(zhuǎn)變溫度的條件下，做成內(nèi)徑比待對(duì)接管子外徑略微小一點(diǎn)的短管(作接頭用)，然后在低于其轉(zhuǎn)變溫度下將其內(nèi)徑稍加擴(kuò)到該接頭的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，接頭就自動(dòng)收縮而扣緊被接管道，形成牢固緊密的連接。美國(guó)在某種噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的油壓系統(tǒng)中便使用了一種鎳-欽合金接頭，從未發(fā)生過漏油、脫落或破損事故。

   1969年7月20日，美國(guó)宇航員乘坐“阿波羅”11號(hào)登月艙在月球上**留下了人類的腳印，并通過一個(gè)直徑數(shù)米的半球形天線傳輸月球和地球之間的信息。這個(gè)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(zhuǎn)變溫度以上按預(yù)定要求做好，然后降低溫度把它壓成一團(tuán)，裝進(jìn)登月艙帶上天去。放置于月球后，在陽光照射下，達(dá)到該合金的轉(zhuǎn)變溫度，天線“記”起了自己的本來面貌，變成一個(gè)巨大的半球。

   科學(xué)家在鎳-鈦合金中添加其他元素，進(jìn)一步研究開發(fā)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(yī)藥、能源和自動(dòng)化等方面也都有廣闊的應(yīng)用前景。

納米材料
就象毫米、微米一樣，納米是一個(gè)尺度概念，是一米的十億分之一，并沒有物理內(nèi)涵。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1～100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)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(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)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(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。**個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法做了超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)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(shù)是一種在納米尺度空間內(nèi)的生產(chǎn)方式和工作方式，并在納米空間認(rèn)識(shí)自然、創(chuàng)造一種新的技能。比如進(jìn)入血管的機(jī)器人很小，將來它要工作的工具就必須是納米材料。*近，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了納米鏟子、納米勺子，血管機(jī)器人可以在血管里用這些工具來進(jìn)行操作，這就是納米工具，絕不象現(xiàn)在工具這樣。

   納米技術(shù)的內(nèi)涵非常廣泛，它包括納米材料的制造技術(shù)，納米材料向各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)(含高科技領(lǐng)域)，在納米空間構(gòu)筑一個(gè)器件實(shí)現(xiàn)對(duì)原子、分子的翻切、操作以及在納米微區(qū)內(nèi)對(duì)物質(zhì)傳輸和能量傳輸新規(guī)律的認(rèn)識(shí)等等。但是，我們不要把納米技術(shù)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(gè)內(nèi)涵，實(shí)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(fù)合材料等等都是納米材料，范圍相當(dāng)廣。另外，納米材料不單純是固態(tài)的，也有液態(tài)，例如納米水，用高頻超聲處理，使水分子結(jié)成小汽團(tuán)。

來源:互聯(lián)網(wǎng)

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