记忆金属原理及应用
但是，材 料科学家在研究中发现，某些金属也有记忆功能。
美国一位从事海军军 械研究的科学家发现，把一根在常温下硬如钢铁的镰钛合金丝放入冷水 中，它竟然奇迹般地变成可以随意弯曲的柔软合金。
但若将它放回热水中，弯曲的锌钛合金丝像想起了什么似的，突然伸直，并恢复到原来的形状。
科学家们将这种合金称为“形状记忆合金”。
这是怎么回事？合金为什么具有人类那样的记忆力?
可是，有人却在实验中发现，在相同的条件下，其他金属并不具备这种记忆功能。
记忆金属的“记忆”究竟是什么？
记忆是人或高级生物一种基本的心理过程，它是进行思维、想象等高级心理活动的基础。
拥有记忆，无论你经历了多少事情，历经了多少沧桑，依然能记住曾经的样子，这是人或高级生物所特有的一种能力。
如果把这种能力附在材料身上，会发生什么？比如下面这个金属别针，它会记住自己原来的形状，无论把它扭曲成什么样子，在一定条件下都会自动恢复到最原始的状态。
图被揉成一团的金属别针，在一定时间内自动恢复原状
目前所研发并量产应用的记忆金属，可以感知不同的温度而产生形变，并在一定温度条件下恢复到最初的形状。
就像下面视频中演示的那样。
记忆金属视频，时长43秒，请放心观看~~还有下面这个，是合肥为先利用记忆合金设计的一款产品：防烫吸管，充分利用了镍钛记忆金属的形变特点，通过材料对温度变化的感知，利用合金自身张力，挤压硅胶吸管，当水温高于50℃时，使饮用者无法吸到热水，水温合适时恢复原状，从而达到防烫功效。
这款产品获得了2018国际CMF设计奖·最佳材料奖。
图采用记忆金属防烫吸管
看上去是不是很神奇，那么记忆金属的这种“记忆”究竟是什么呢？
一、记忆金属的记忆原理及特点
记忆金属其实是一种特殊的合金材料，主要以镍钛合金为主，它可以在一定的温度下像塑料一样发生塑性形变，但在某种温度又可以恢复成原状，具备一定的“记忆能力”。
图：随温度变化，材料发生形变那么这种“记忆能力”是怎么回事呢？
图记忆金属又叫形状记忆合金其实说的通俗一点就是，这种材料的晶体结构在随着温度而变化（主要是马氏体和奥氏体之间的转换），因而导致在不同温度段，材料整体的状态发生变化。
比如镍钛合金，在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，因此温度变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。
为了方便理解，这里用通俗的语言简单介绍一下什么是晶体及马氏体、奥氏体。
晶体可以理解为是金属材料的内部组成结构，一般都是微观单位的有序对称排列组合，密集的堆积在一起。
也就是说记忆合金材料之所以会变形后恢复原状，是因为它记忆住了不同温度段下的晶体结构。
所以当达到特定温度的时候就会变成对应的微结构状态，形状也就相应地发生了变化。
就像下图展示的例子，在高温时它被做成螺旋状而处于稳定状态。
在室温下强行把它拉直时，它此时是处于不稳定状态，因此，只要把它加热到变态温度，它就立即恢复到原来处于稳定状态的螺旋形状了。
图记忆合金变形记这种材料最大的特点自然是“记忆”功能，在一定温度下可以恢复原状态，弯曲量及塑性都很大，除此之外，材料本身的耐磨、耐腐蚀性、耐疲劳度、机械性能、生物相容性等都很优良。
这种形状记忆合金主要可以分为三大类：表：记忆合金种类及介绍
| 类别 | 介绍 |
| 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。 |
| 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。 |
| 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。 |
二、应用领域
利用这种材料的特性，我们可以应用在很多产品领域，比如军工、航天、医疗、消防、生活消费电子、汽车等。1.医学领域
记忆特性可以让病人减少更多的痛苦，同时TiNi合金的生物相容性很好，成功应用的例子比较多，包括血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板等。
图记忆合金在人体中的应用
图不同部位的记忆合金材料
图接骨板及人工关节
图 镍钛记忆合金食道支架，来源于常州市智业医疗仪器研究所有限公司
图 镍钛记忆合金丝，记忆合金丝，医疗细丝
图 骨科内固定记忆合金-聚髌爪治疗髌骨骨折
图 镍钛记忆合金尿道支架，来源于常州市智业医疗仪器研究所有限公司
图：微型螺旋网球形异物钳(记忆合金丝)
2. 消防领域
用这种材料来设计消防栓，一旦发生火灾就会受热自动打开阀门。
图：3C防火阀
3. 汽车领域
使用形状记忆合金作为辐射状的材料，也能增加轮胎的承重能力。与传统的轮胎相比，“超弹性轮胎”减少了爆胎的可能性，因此也改善了行车安全。
此外，这种轮胎的设计也减少了对内框的需求，这有助于轮胎组装的简化，也减轻了轮胎的重量。
而且，它也可以在运作时，降低传送到车辆上的能量。
图轮胎除此之外，还有汽车温控器、汽车制动器储能装置元件，由于篇幅有限，不做过多介绍。
4. 生活消费领域
利用形状记忆合金弹簧（温控弹簧）可以控制浴室水管的水温：在热水温度过高时通过"记忆"功能，调节供水管道，避免烫伤。
图记忆合金弹簧灯泡散发的热量使灯罩变形，也是利用了记忆金属的特性。
图记忆金属灯罩下面这款产品是SurfaceBook的铰链，核心就是记忆金属，在加热时会恢复到金属最初加工时的形状，利用这一点，微软的工程师设计出了特殊的弹出装置。
图SurfaceBook的铰链
图记忆金属文胸，通过在衣服中集成的形状记忆合金进行衣服变形
图Innovation(Creative)AurvanaAirearphones耳挂部分由镍钛合金制成
图热水器恒温阀
图形状记忆合金弹簧（温控弹簧）
5. 航空航天领域
形状记忆合金应用到航空和太空装置，可以运用在军用飞机的液压系统中的低温配合连接件，还可用于制造探索宇宙奥秘的月球天线，人们利用形状记忆合金在高温环境下制做好天线，再在低温下把它压缩成一个小铁球，使它的体积缩小到原来的千分之一，这样很容易运上月球，太阳强烈的辐射使它恢复原来的形状，按照需求向地球发回宝贵的宇宙信息。另外，在卫星中使用一种可打开容器的形状记忆释放装置，该容器用于保护灵敏的锗探测器免受装配和发射期间的污染。
图 记忆合金做的航天器天线
图 国际空间站
图 旅行者一号
图 阿波罗月球车
6. 建筑领域
在工程和建筑领域用NiTi形状记忆合金作为隔音材料及探测地震损害控制的潜力已显示出来。已试验了桥梁和建筑物中的应用，因此作为隔音材料及探测损害控制的应用已成为一个新的应用领域。
图 隔振器
图 阻尼减震器
总结 未来，功能性与装饰性相结合是趋势，许多产品的设计工作都将围绕功能性而展开。
这种材料凭借着其独特的“记忆”特性，必将在不同的行业领域有着广泛的应用，对产品设计与创新产生深远的影响，为生活带来诸多便利性。
作为CMF设计师或产品开发人员，目光要超前，要关注材料的跨界与创新应用，做出更好的产品。
记忆金属
1.介绍早在1951年，美国人在一次试验中偶然发现了金-镉合金记忆特性，但当时并未引起重视。1953年，又在铟-铊合金发现这类效应。1963年发现镍-钛合金具有形状记忆特性后，掀起了这类合金研究的热潮，并产生了多种实用化的新思想，新的形状记忆合金应运而生，后来还发现了具有双向记忆效应。
记忆金属有一个别名叫作记忆合金。它主要是钛镍合金材料，以及金属所利用的原理其实就是根据物体在不同温度下的变化规律，某些合金在固态的时候它的晶体结构会根据外界的温度发生一些相对应的变化。
实验步骤
① 打开盛满水的器皿并加热到一定温度；
② 把原先拉长或伸缩的弹簧放进热水
并观察其形态；
③ 取出弹簧后再放入凉水中观察其形态
知识外延
工业中应用：
单向形状记忆恢复：天线、套环等
外因性双向记忆恢复：热敏元件、机器人、接线柱
弹性应用：弹簧
医学上应用：
血栓过滤器（利用TiNi合金生物相容性）
高科技应用展望：
可制造全息机器人，毫米级机械手等。此类机器人动作除温度外不受环境因素影响，有望在反应堆、加速器、太空实验室等场景实现大规模应用。