形状记忆材料的应用简介
形状记忆材料的应用简介
“记忆金属”食道架能在喉部膨胀成新的食道。必要 时只要向食道里加上冰块，“食道”又会遇冷收缩， 从而可轻易取出，使失去进食功能的食道癌患者提高 了生活质量。 。
夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。 夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。 SMP树脂加工成创伤部位的形状 树脂加工成创伤部位的形状， 将 SMP树脂加工成创伤部位的形状，用热风加热使其软 在外力作用下变形为易装配的形状， 化，在外力作用下变形为易装配的形状，冷却固化后装配 到创伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。 到创伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。取下时也极 为方便，只需热风加热软化。 为方便，只需热风加热软化。
把形状记忆合金制成的弹簧与普通弹簧安， 形状记忆合金弹簧由于发生相变，母相与马氏体强度 不同，使元件向左、右不同方向运动。这种构件可以 作为暖气阀门，温室门窗自动开启的控制，描笔式记 录器的驱动，温度的检测、驱动，代替双金属片用于 控制和报警装置中。
形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、 自动控制系统、医学、能源等领域具有重要 的应用。形状记忆合金已广泛用于人造卫星 天线、机器人和自动控制系统、仪器仪表、 医疗设备和能量转换材料。近年来，又在高 分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形 状记忆效应，而且在性能上各具特色，更加 促进了形状记忆材料的发展相应用。
汽车
用这种“记忆金属”造出汽车，万一被 撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原来 的形状。
记忆钉子
菲力浦公司研制了一种由“记忆金属” 制成的钉子,把它安在汽车外胎上，当 气温降低、公路结冰时，钉子会“自动” 从外胎里伸出来，防止车轮打滑。
记忆照明灯
法国巴黎用形状记忆合金制造的城市照明灯， 有两瓣随着灯的亮灭而逐渐张开或合上的金属叶 片。白天，路灯熄灭，叶片合上；傍晚，路灯亮 起灯泡发热，叶片受热而逐渐张开，使灯泡显露 出来。
形状记忆材料应用
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形状记忆合金材料还能代替石膏夹板（如下左图所示） 在内科方面，可将细的Ti-Ni丝插入血管，由于体温使 其恢复到母相的网状，阻止95%的凝血块不流向心脏。用形状记忆合 金制成的肌纤维与弹性体薄膜心室相配合，可以模仿心室收缩运动， 制造人工心脏。给患者带来了福音。随着形状记忆的发展，医学应用
将会更加广泛。
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近年来，日本研制出一种形状记忆塑料——苯 乙烯和丁二烯聚合物。当加热至60℃时，丁二烯部 分开始软化，而苯乙烯仍保持坚硬，以此来保 持形状记忆功能。现状记忆塑料制成的连接器 加热变软，连接两段管子，冷却后变硬恢复原有直 径，这种连接器可产生很高的结合度，可以在家庭内使用。 日本几家汽车甚至设想把形状记忆塑料制成汽车的保险杠和易 撞伤部位，一旦汽车撞瘪，只要稍加热（如用电吹风），就会 恢复原形。 总之，聚合物形状记忆材料具有广阔的应用前景。
疗效好，也可减轻患者不适感。。
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(b) 脊柱侧弯矫形 各种脊柱侧弯症(先天性、习惯性、神经性、佝偻病性、特 发性等)疾病，不仅身心受到严重损伤，而且内脏也受到压迫， 所以有必要进行外科手术矫形。目前这种手术采用不锈钢制哈伦 敦棒矫形，在手术中安放矫形棒时，要求固定后脊柱受到的矫正 力保持在30~40kg以下，一但受力过大，矫形棒就会破坏，结果 不仅是脊柱，而且连神经也有受损伤的危险。同时存 在矫形棒安放后矫正力会随时间变化，大约矫正 力降到初始时的30%时，就需要再进行手术调整 矫正力，这样给患者在精神和肉体上都造成极 大痛苦。采用形状记忆合金制作的哈伦顿棒， 只需要进行一次安放矫形棒固定。如果矫形棒的 矫正力有变化，以通过体外加热形状记忆合金， 把温度升高到比体温约高5℃，就能恢复足够的 矫正力。
• 高科技应用展望： 20世纪是机电学的时代。传感——集 成电路——驱动是最典型的机械电子控制 系统，但复杂而庞大。形状记忆材料兼有 传感和驱动的双重功能，可以实现控制系 统的微型化和智能化，如全息机器人、毫 米级超微型机械手等。21世纪将成为材料 电子学的时代。形状记忆合金的机器人的 动作除温度外不受任何环境条件的影响， 可望在反应堆、加速器、太空实验室等高 技术领域大显身手。
形状记忆材料
形状记忆材料形状记忆材料（Shape Memory Materials，SMMs）是一类具有形状记忆效应的智能材料，其在外界作用下可以实现形状的可逆变化。
形状记忆材料广泛应用于医疗器械、航空航天、汽车、电子、纺织等领域，具有巨大的应用前景。
形状记忆材料的工作原理是基于其特殊的微观结构和相变特性。
在低温状态下，形状记忆材料处于一种固定的形状，一旦受到外界温度、应力或磁场等作用，就会发生相变，从而恢复到其原始形状。
这种形状记忆效应使得形状记忆材料具有自修复、自组装、自适应等智能特性。
形状记忆材料的应用领域非常广泛。
在医疗器械领域，形状记忆材料可以用于制作支架、缝合线、植入物等，具有良好的生物相容性和可调节的形状，可以更好地适应人体器官的形状和运动。
在航空航天领域，形状记忆材料可以用于制作飞机零部件、卫星结构等，具有轻质、高强度、耐高温等优点，可以大大减轻航空器的重量，提高飞行性能。
在汽车领域，形状记忆材料可以用于制作车身零部件、发动机零部件等，具有抗冲击、耐磨损、自修复等特性，可以提高汽车的安全性和可靠性。
在电子和纺织领域，形状记忆材料可以用于制作智能传感器、智能纺织品等，具有快速响应、多功能性、耐用性等特点，可以实现智能化、可穿戴化。
形状记忆材料的研究和应用仍面临一些挑战。
首先，形状记忆材料的制备工艺和性能优化仍需进一步提升，以满足不同领域的需求。
其次，形状记忆材料的成本较高，需要降低生产成本，提高市场竞争力。
最后，形状记忆材料的环境适应性和可持续性也需要加强，以减少对环境的影响。
总的来说，形状记忆材料作为一种新型智能材料，具有巨大的应用潜力和发展前景。
随着科技的不断进步和创新，形状记忆材料必将在各个领域发挥重要作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
形状记忆聚合物
主持：乐羊
羊
形状记忆聚合物，是一种可通过外界条件（如热、电、光、化学感应等）的刺激恢复其初始形状的高分子材料，具有质轻价廉、便于制造加工、力学性能优异、生物相容性良好等特点。
/栏目责编：周伟琳、江枫/
1960年，美国科学家威廉•布勒在冶炼镍钛合金时发现，被折叠成手风琴形状的镍钛合金条被加热后，竟然恢复到最初的细条形状。
此后，被称为“形状记忆合金”的材料诞生了。
随着科学技术的发展，高分子材料和纳米材料等新材料不断涌现，形状记忆材料也不再局限于合金。
目前，具有形状记忆功能的聚合物已被制造出来，并被用于不同的领域中。
在生物医学领域，形状记忆聚合物被广泛应用于医疗器械、矫形固定和药物释放等方面。
如聚氨酯基形状记忆聚合物支架大大降低了患者的血管再次变窄的风险，被植入人体后，能够更好地与人体“兼容”。
在纺织领域，形状记忆聚合物被用于生产绝热织物、透气面料等纺织品。
如采用形状记忆钛镍合金纤维和合成纤维锦纶交织制出的衣物，拥有柔软的手感和良好的形状记忆性能，可根据穿戴者的实时状态及时调整衣物形态。
（本文根据“学习强国”学习平台登载的相关内容整编。
）
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形状记忆合金的性质,应用及效应机制
片状马氏体
板条马氏体
针状马氏体
马氏体相变：
它是母相奥氏体（碳在 γ－Fe 中形 成的间隙固溶体，面心立方 FCC 点阵） 转变为马氏体的过程。
可 以 恰 当 而 简 练 的 定 义 为“ 原 子 联 动 所 引 起 的 切 变 型 点 阵 相 变 ”。母 相 中 的 原 子，不是处在各自零散状态，而是在保
在逆相变过程中，由于两相之间的点阵对应关系单一，且相变时点阵应变非常 小 ，因 而 逆 相 变 时 母 相 变 体 完 全 固 定 不 变 。这 样 一 来 ，逆 相 变 时 必 然 选 取 原 位 向 的 母 相，所以在产生热弹性相变的合金中，形状记忆效应以完全可逆的形式出现。
条件（2）是理所当然的，因为滑移是不可逆过程。也就是说，如果在晶体中出 现 滑 移 ，由 滑 移 导 致 的 变 形 即 使 加 热 也 消 除 不 了 。热 弹 性 马 氏 体 相 变 发 生 的 不 是 滑 移 ， 而 是 另 一 种 基 本 的 形 变 机 制 — — 孪 生 。从 微 观 上 看 ，晶 体 原 子 排 列 沿 某 一 特 定 面 镜 像 对 称 。那 个 面 叫 孪 晶 面（ 孪 晶 是 指 两 个 晶 体（ 或 一 个 晶 体 的 两 部 分 ）沿 一 个 公 共 晶 面 构 成 镜 面 对 称 的 位 向 关 系 ， 这 两 个 晶 体 就 称 为 " 孪 晶 " ， 此 公 共 晶 面 就 称 孪 晶 面 ）。 即 实 际 上 它 是 由 位 向 互 为 孪 晶 关 系 的 两 种 马 氏 体 区 构 成 ，每 一 个 马 氏 体 和 母 相 点 阵 之 间 具 有 晶 体 学 上 等 价 的 特 定 点 阵 对 应 关 系 。这 种 具 有 点 阵 对 应 关 系 的 每 个 马 氏 体 称 为 对 应变体。
形状记忆合金及其应用
形状记忆合金及其应用、何为形状记忆合金1932 年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金( Shape Memory Alloy ，SMA )。
这种能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应( Shape Memory Effect ，SME )。
二、形状记忆合金的分类SMA 的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。
两项自由能之差作为相变驱动力。
两项自由能相等的温度T0 称为平衡温度。
只有当温度低于平衡温度T0 时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0 时才会发生逆相变。
在SMA 中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。
按照记忆效应不同，可分为三类：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。
三、形状记忆合金的物理模型虽然早在上个世纪30 年代，人们就发现了一些合金的形状记忆效应，但是直到70 年代Muller 等人提出SMA 材料的本构关系模型以来，有关形状记忆合金的机理和本构模型的研究才取得了一定的进展[1]。
SMA 的模型可大致分为两类：微观热力学模型、宏观现象学模型。
微观热力学模型有助于了解材料宏观特性的微观机理，揭示SMA 的物理本质。
微观热力学模型主要有从相界运动的动力学角度给出的本构模型和以能量耗散理论为依据的细观力学模型[2,3]。
形状记忆材料及其应用
形状记忆合金管接头具有高度的可靠性，不需熔焊 的高温高热，不会损害周围材料，在低温下易拆卸， 便于检修检查。
这种管接头在F-14战斗机上使用了10万个以上，从 未出现过漏油等事故。
这类管接头在核潜艇的管路连接上也可大量应用。
智能控制器
下图为具有相当于肩、肘、腕、指等的5维自由度的 微型机器人试制品，形状记忆合金可应用于其中。
靠形状记忆合金动作的微型机器人结构图
电子仪器仪表
用形状记忆合金制造的温度保险器不同于熔断保险 丝，可产生很强的力拉断接点，消弧效应明显，适 合于作大功率、高电压用保险器。
形状记忆合金温度保险器
150mm大口径管接头在海底输油管道及其修补工程 上得到应用。
机合金制备。
合金内径加工成比被接管径约小 4-5％，
把管接头浸泡在液态空气中，在 低温状态下使内径扩大约7-8%，
扩径后管接头用保温材料保持低 温，被接管从管接头两侧插入，
去掉保温材料，管接头温度上升 到室温，内径恢复到扩径前状态， 牢牢箍紧被接管。
形状记忆管接头
智能机器人
形状记忆合金可制成驱动器、 控制器等应用在智能机器人中。
形状记忆驱动器通过适当加热 和控制，可完成往返或旋转运 动，兼之具有感温功能。
形状记忆控制机构同传统伺服 控制机构相比，一个形状记忆 元件就可起到传统机构中传感、 驱动和传递三系统功能的作用。
将TiNi合金天线冷至低温，使其转变为马氏体； 将TiNi合金板或棒变形加工成竹笋状或旋涡状发条，收
缩后安装在卫星内；
卫星进入轨道后，团状天线弹出，在太阳照射下，温度 升高到As以上，团状天线自动张开，恢复到原来形状；
形状记忆陶瓷的应用-概述说明以及解释
形状记忆陶瓷的应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述形状记忆陶瓷是一种具有特殊记忆性能的陶瓷材料，能够在外界作用力的作用下实现形状的变化和恢复。
随着科技的不断发展，形状记忆陶瓷在各个领域得到了广泛的应用。
本文将介绍形状记忆陶瓷的特点、应用领域和未来发展趋势，以及对其潜在影响和未来展望进行探讨。
通过对形状记忆陶瓷的深入研究和应用，可以为各行业提供更加智能化、高效化的解决方案，推动科技进步和社会发展。
1.2文章结构文章结构部分主要介绍了整篇文章的组织方式和内容安排，便于读者了解文章的整体框架和逻辑结构。
文章结构包括引言、正文和结论三个部分。
在本篇文章中，引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个小节，用于引导读者进入主题，了解文章的背景和目的。
正文部分包括形状记忆陶瓷的特点、应用领域和未来发展三个部分，通过对形状记忆陶瓷的特性、应用和发展趋势进行介绍，展现其在科技领域的重要性和前景。
结论部分主要包括形状记忆陶瓷的潜在影响、未来展望和总结三个小节，对文章进行总结和提出展望，强调形状记忆陶瓷在未来的发展前景和重要性。
整体文章结构清晰、层次分明，便于读者快速了解文章内容和主题思想。
"1.3 目的": {形状记忆陶瓷作为一种新型材料，具有许多独特的特性和潜在的应用价值。
本文的目的是深入探讨形状记忆陶瓷的特点、应用领域以及未来发展趋势，以帮助读者更全面地了解这种材料，并为其在工程、医疗、航空航天等领域的应用提供参考。
通过对形状记忆陶瓷的研究和分析，我们希望能够展示其在未来科技发展中的重要作用，同时为相关领域的研究人员和工程师提供启发和指导，推动形状记忆陶瓷技术的广泛应用和进一步发展。
"}2.正文2.1 形状记忆陶瓷的特点形状记忆陶瓷是一种新型功能材料，具有以下几个显著的特点：1. 形状恢复性：形状记忆陶瓷具有形状恢复性能，即在受到外界作用力变形后，可以通过外界触发条件（如温度、电场等）恢复到原来的形状。
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夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。 夹板、矫形器、扩张血管器和固定器等。 SMP树脂加工成创伤部位的形状 树脂加工成创伤部位的形状， 将 SMP树脂加工成创伤部位的形状，用热风加热使其软 在外力作用下变形为易装配的形状， 化，在外力作用下变形为易装配的形状，冷却固化后装配 到创伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。 到创伤部位，再加热便恢复原状起固定作用。取下时也极 为方便，只需热风加热软化。 为方便，只需热风加热软化。
形状记忆材料是一种特殊功能材料，这种集感知和驱 动于一体的新型材料可以成为智能材料结构，备受世 界瞩目。1951年美国Read等人在Au—Cd合金中首先发 现形状记忆效应(Shape Memory Effect，简SME)。 1953年在In—T1合金中也发现了同样的现象，但当时 未能引起人们的注意！直到1964年布赫列等人发现 Ti—Ni合金具有优良的形状记忆性能，并研制成功实 用的形状记忆合金“Nitinol”,引起了人们的极大关注， 世界各国科学工作者和工程技术人员进行了广泛的理 论研究和应用开发。
形状记忆材料作为新型功能材料在航空航天、 自动控制系统、医学、能源等领域具有重要 的应用。形状记忆合金已广泛用于人造卫星 天线、机器人和自动控制系统、仪器仪表、 医疗设备和能量转换材料。近年来，又在高 分子聚合物、陶瓷材料、超导材料中发现形 状记忆效应，而且在性能上各具特色，更加 促进了形状记忆材料的发展相应用。
形状记忆合金应用最典型的例子是制造人造卫星天线。由 Ti—Ni 合金板制成的天线能卷入卫星体内，当卫星进入轨 道后，利用太阳能或其他热源加热就能在太空中展开。
大量使用形状记忆合金材料的是各种管件的接头。将Ti-Ni 合金加工成内径稍小于欲接管外径的套管，使用前将此套 管在低温下加以扩管，加热后，套管接头的内径即恢复到 扩管前的口径，将两根管子紧密地连接在一起。由于形状 记忆恢复力大，故连接得很牢固，装配时间短，操作方便。 美国自1970年在F14喷气战斗机的油压系统上采用这种管接 头10万个，迄今末发生一例泄漏事故。这类接头还可用于 核潜艇的配管、海底管道、电缆系统的连接等。我国已研 制成Ti-Ni-5Co、Ti-Ni-2.5Fe形状记忆合金管接头。
把形状记忆合金制成的弹簧与普通弹簧安装在一起， 可以制成自控元件。在高温(Af以上温度)和低温时， 形状记忆合金弹簧由于发生相变，母相与马氏体强度 不同，使元件向左、右不同方向运动。这种构件可以 作为暖气阀门，温室门窗自动开启的控制，描笔式记 录器的驱动，温度的检测、驱动，代替双金属片用于 控制和报警装置中。
记忆毛毯
人们盖上用记忆合金丝混合羊毛织成的毛毯 后，如毛毯温度过热，它就会自动掀开一部分， 适当降低温度，使人睡得更安稳。
形状记忆台金可作为能量转换材料一热发动机。它是 利用状记忆合金在高温和低温时发生相变，伴随形状 的改变，产生极大的应力，从而实现热能=机械能的 相互转换。
1973年，美国试验制成第一台Ti-Ni热发动机，当时只 产生o.5W功率。原联邦德国克虏伯研究院也制作了形 状记忆发动机，其中大部分元件由Ti-Ni合金管制成， 热水和冷水交替流过这些管子，管子由于收缩而把扭 转运动传到飞轮上，推动飞轮旋转。日本研制的涡轮 型发动机的最大输出功率约为600w。尽管目前这些热 机的输出功率还很小，但发展前景非常诱人，它可以 把低质能源(如工厂废气、废水中的热量)转变成机械 能或电能，也可用于海水温差发电，其意义是十分深 远的。
作医用生物材料使用的主要是TiNi合金。Ti-Ni合金强度高，耐腐 蚀，抗疲劳，无毒副作用，生物相 容性好，可以埋入人体作生物硬组 织的修复材料。例如，Ti-Ni合金 丝插入血管，由于体温使其恢复到 母相的网状，作为消除凝固血栓用 的过滤器。用Ti-Ni合金制成的肌 纤维与弹性体薄膜心室相配合，可 模仿心室收缩运动、制造人工心脏。 用Ti-Ni合合制成的人造肾脏微型 泵、人造关节、骨骼、牙床、脊椎 矫形棒、骨折固定连接用的加压骑 缝钉、颅骨修补盖板、以及假肢的 连接等，疗效较好。
SMP材料用于汽车的缓冲器、保险杠、安全帽等，当 汽车突然受到冲撞保护装置变形后，只需加热，就可 恢复原状。 将SMP树脂用来制作火灾报警感温装置、自动开闭阀 门、残疾病人行动使用的感温轮椅等。采用分子设计 和材料改性技术，提高SMP的综合性能，赋予SMP的 优良特性，必将在更广阔的领域内拓宽其应用。
汽车
用这种“记忆金属”造出汽车，万一被 撞瘪，只要浇上一桶热水就可恢复到原来 的形状。
记忆钉子
菲力浦公司研制了一种由“记忆金属” 制成的钉子,把它安在汽车外胎上，当 气温降低、公路结冰时，钉子会“自动” 从外胎里伸出来，防止车轮打滑。
记忆照明灯
法国巴黎用形状记忆合金制造的城市照明灯， 有两瓣随着灯的亮灭而逐渐张开或合上的金属叶 片。白天，路灯熄灭，叶片合上；傍晚，路灯亮 起灯泡发热，叶片受热而逐渐张开，使灯泡显露 出来。
形状记忆合金兼有感知和驱动功能，若复合在工作机 构中并配上微处理器，便成为智能材料，可广泛用于 各种自动调节和控制装置。如农艺温室窗户的自动开 闭装置，自动电子干燥箱，自动启闭的电源开关，火 灾自动报警器，消防自动喷水龙头。尤其是形状记忆 合金薄膜可能成为未来机械手和机器人的理想材料， 它们除了温度外不受任何外界环境条件的影响．可望 在太空实验室、核反应堆、加速器等尖端科学技术中 发挥重要作用。
具有一定形状的固体材料，在某一低温状态下经过 塑性变形后，通过加热到这种材料固有的某一临界 温度以上时，材料又恢复到初始形状的现象，称为 形状记忆效应。 形状记忆效应有 3种类型。单程、 单程、 单程 双程、 双程、全程形状 记忆效应
形状记忆合金（ 形状记忆合金（钛-镍系形状记忆合金，铜基系形状记 忆合金和铁系形状记忆合金） 形状记忆陶瓷 形状记忆聚合物SMP(聚降冰片烯、反式聚异戊二烯 形状记忆聚合物 （TPI）、苯乙烯-丁二烯共聚物以及聚氨酯(PU)等)