材料選用、設計與前沿
形狀記憶合金
形狀記憶合金是會「記住」形狀的金屬:冷的時候把它折彎,一加熱它就彈回被設定好的樣子。想像被你坐過後會自己回正的眼鏡框,或一到體溫就自行撐開的血管支架。
機制是兩種晶體結構——麻田散鐵(martensite)與沃斯田鐵(austenite)——之間的可逆變態。冷時,合金是柔軟的麻田散鐵,可以輕易變形(它的孿晶只是重新排向,而不是永久滑移)。一旦加熱超過轉變溫度,它就彈回它記住的沃斯田鐵形狀。代表材料是鎳鈦諾(Nitinol,約各半的鎳與鈦)。同一種合金還可以有超彈性:在體溫下能吸收極大的應變(約 8%)再完全回復。
這對血管支架、致動器、齒列矯正線與眼鏡框都很重要。誠實的提醒:這是相變態,不是魔法。合金反覆循環會疲勞、可用的溫度窗口窄,而且昂貴又難加工。
一個被壓小、穿進阻塞動脈的鎳鈦諾支架,加熱到人體的 37 度 C 後,就彈開成它記住的寬闊形狀,把血管撐開。同一種合金做成眼鏡框,在室溫下具超彈性:坐到它,鏡腳能彎 8%,然後彈回平直,而不是留下永久折痕。
靠體溫,或只靠室溫下的超彈性,鎳鈦諾就能回復它被設定好的形狀。
這效應是可逆的麻田散鐵-沃斯田鐵相變態,不是無限的魔法:可用溫度窗口窄、反覆循環會疲勞,而且昂貴又難加工。
又稱
另見