他发现了金属的“记忆力”!

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-10-11

美国人威廉·巴克勒是位喜欢刨根问底的科学家,他的好奇心促成了形状记忆合金的发现和大规模使用。

  金属有记忆力?不是开玩笑吧?金属有生命吗?……当我向女儿说了金属记忆力的话题时,引来连珠炮似的问题。末了,女儿板着脸来了句:“爸爸,这是什么情况?”

假如材料有了记忆

金属都有了记忆?到底什么情况???

 

  “宝贝儿,我没有错,我可以科普,”我叫屈,“金属不是人,但金属确实有记忆力;金属记忆力被发现后,人们便充分利用它的属性,造福人类。”

  “人们怎么发现金属记忆力的?”女儿感兴趣了。

  我只有慢慢道来。这是个有趣而专业的故事,故事的主人公,自然是一位科学家......

嘘

 

  1

  上世纪50年末,在美国海军研究所军械研究室时,冶金学专家威廉·巴克勒醉心于海军武器的研究,对科学一知半解的史密斯中士当他的助手。

  “请你帮我到仓库领一些镍钛合金丝来吧。” 某一天,埋头于实验的巴克勒对史密斯说。

  史密斯来到仓库时,发现镍钛合金丝已经用完了。为了不让巴克勒失望,史密斯便趴在地上找。终于,在角落里找到一些零碎的镍钛合金丝。不过,这些合金丝全是弯弯曲曲的。

镍钛合金丝

规范的镍钛合金丝长这样!

  “这咋用呀?”巴克勒看到这些合金丝,笑了,“要不帮我拉直,等下看能不能用得上。”史密斯坐下来,一根根地把镍钛合金丝拉直,放在壁炉上边的台子上,然后就去为巴克勒准备午餐了。

  过了一会儿,当巴克勒要用这些镍钛合金丝的时候,走到台子边一看,傻眼了。原来,这些合金丝全变得弯弯曲曲的。“史密斯是怎么回事儿?他刚才不是一根根拉直吗?难道他在这里偷懒?”

方便面

又调皮了......

        巴克勒非常生气,这不是明摆着让自己不放心吗?看旁边也没别的人,巴克勒只好自己找来钳子,一根根拉直。

  “巴克勒先生,你怎么干这活儿?”史密斯回到实验室,看到这一幕,吃了一惊。巴克勒想起一个问题,便把钳子递给史密斯,自己踱进另一间实验室。

  史密斯把这些镍钛合金丝拉直后,便再次离开去催午餐了。当巴克勒回到台子边,发现所有合金丝又都变成弯—曲—的—了!他当然非常生气: “史密斯,你在搞什么鬼?”他大声叫道。

崩溃

      生气归生气,作为一个科学家,巴克勒除了想等史密斯回来好好教训他一顿意外,还决定要好好研究一下今天的怪事儿。他走到镍钛合金丝周围仔细观察,没发现什么异样。他再用机械试了一下看是不是磁场作用的结果。

  “周围根本没有磁场,这是什么原因呢?”巴克勒站着思考问题,右手不自觉地放在台子上。

  “哟,怎么这么烫?”巴克勒迅速把手缩回来,仔细观察台子。原来,这台子靠近壁炉,因此温度非常高。他故意把几根镍钛合金丝拉直,然后放在台子上。结果,不久,合金丝变弯曲了。

  “巴克勒先生,您刚才在叫我吗?什么事让您生气啦?”这时,史密斯来叫巴克勒到餐厅吃饭。巴克勒看了史密斯一眼:“不好意思,刚才误会你了。但这个误会可能会带来神奇的后果!”

  说完,巴克勒顾不得吃饭,又忙乎起来。他分别将镍钛合金丝放在高温、低温、恒温的地方。结果,发现放在高温地方的合金丝都会恢复到弯曲状态。巴克勒总结出一个非常重要的科学现象:镍钛合金在上升到一定温度时,会恢复到原来弯曲的状态,这是它特有的记忆现象。

镍钛合金的“记忆现象”,视频送上!(优酷视频)

  2

  “镍钛合金具有记忆力,其它金属有没有类似的特征呢?”和所有科学家一样,巴克勒是个喜欢寻根问底的人。通过一系列严谨的实验,他发现许多合金都具有记忆力。

  后来,巴克勒发明了一种新型发动机。这种发动机不烧油,不烧天然气也不用电,单靠温水就能工作。原来,发动机的动力部件是一组用镍钛合金制成的环状物——镍钛诺。因为巴克勒研究发现:无论把镍钛诺弯曲多少次,它一点也不表现出通常金属呈现的“疲劳”现象;由此,镍钛诺在水温的作用下,通过“记忆”进行反复拉直、弯曲,从而产生动力。

镍钛诺打造的网眼,可用于医疗

  镍钛诺打造的网眼,可用于医疗(网络图)

      当巴克勒向全世界宣布金属具有记忆力的时候,整个科学界为之轰动。紧接着,科学家们把具有记忆力的合金称为“形状记忆合金”。他们进一步研究,在镍钛合金中添加其它元素,开发出钦镍铜、钛镍铁、钛镍铬等新型镍钛系形状记忆合金。此后三十多年里,铜镍、铜铝、铜锌、铁系等形状记忆合金也相继问世。

  目前,形状记忆合金广泛应用于医疗、航空、机械电子、生物医疗、桥梁建筑、汽车工业及日常生活等多个领域。比如临床医疗上的人造骨骼、牙科正畸器、手术缝合线等器械,形状记忆合金扮演着不可替代的角色。再如,作为形状记忆合金的最高端运用,太空天线,其原料主要是镍钛合金。科学家们在常温下把这种天线折叠卷曲起来,装在一个小容器里;飞船进入太空后,打开小容器,随着太阳光的照射,温度的升高,镍钛合金天线“想起来”以前的形状,就会自动舒展开来。

        能够实现这一切,我们真的要感谢那位喜欢刨根问底的科学家——威廉·巴克勒。

形状记忆合金制成的眼镜

形状记忆合金制成的眼镜框(网络图)

太阳-地球探索者3号飞船,表面的太空天线即用记忆合金

太阳-地球探索者3号飞船,表面的太空天线也用了形状记忆合金(网络图)

  人物小档案:

巴克勒画像_副本

        威廉·巴克勒(1925—?),美国加里福尼亚州人,冶金学专家,供职于美国海军研究所。因发现金属的记忆力而闻名于世。

  参考资料:

1、 《不可不知的科学》,长江少年儿童出版社,2015年;

2、 《科学探索》,科教出版社,1996年。

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