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德科学家发明超强镍钛铜记忆新材料

2020/10/21
德国基尔大学研究人员新发明了一种镍钛铜记忆合金,其变形次数可以达到千万次不会断裂,而通常合金材料变形几千次就会断裂。这一新材料在微电子和光学器件、传感器、医疗器件等众多领域将有广泛的应用前景。
  科学家早在上世纪60年代就发明了镍钛记忆合金,这种合金在受热和冷却时会变形,并很快会恢复到最初机械加工时确定的形状。我们熟悉的大多数合金在两种晶格状态下转变几千次,就会出现裂纹甚至断裂,德国基尔大学专家匡特在《科学》杂志上发表的论文中解释说,这是因为在金属高温相(奥氏体)会出现越来越多的低温相(马氏体)晶体结构,两相之间的转换不完全会导致合金断裂。
  匡特领导的研究小组发明的记忆合金单元是由54个钛原子、34个镍原子以及12个铜原子组成,研究人员在22摄氏度至87摄氏度下,通过高倍电子显微镜和X光射线检测发现,这种成分组成的记忆合金可以经受千万次的变形而不会出现裂纹。研究人员在显微镜下还能看到马氏体完全转化为奥氏体时,两个钛原子和铜原子在晶格中沉积,钛原子和铜原子的沉积,构成了晶体在两个相中的基本结构,他们称这种现象为外延生长。
  美国明尼苏达大学专家詹姆斯两年前发明的一种锌金铜记忆合金也有类似的特性,这种合金可以经受16000次冷热变形不会产生裂纹。当年詹姆斯研究小组的这项发明被刊登在《自然》杂志上。
  《科学》杂志评价认为,德国基尔大学的这项发明大大拓宽了记忆合金的应用领域,电磁耦合器、温度传感器、微电子和光学器件、信息存储介质,以及医疗领域中的人工心脏瓣膜等都有广泛应用潜力。另外,还可以利用这种记忆合金将外界和环境中的热能转化为电能,或开发新的冷却单元。

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