形状记忆材料
形状记忆材料的研究与应用
形状记忆材料的研究与应用形状记忆材料是一种新型的智能材料，它可以通过外力或温度变化来改变形状，并保持这种新形状，直到再次受到刺激恢复原状。
这种材料被广泛应用于医学、机械工程、电子学、航空航天等领域，为人类的发展带来了巨大的贡献。
形状记忆材料的来源形状记忆材料最初是由NASA的科学家发现的，他们发现镍钛合金的变形过程中有独特的记忆效果。
在进行一系列测试之后，他们发现这是由这种合金的微结构所决定的。
这项发现启发了科学家进一步探究这种材料的性质，并在后来的研究中发展了许多新的形状记忆材料。
形状记忆材料的原理形状记忆材料的主要原理是“相变记忆效应”，即在材料在变形过程中不断产生内部应力能，当材料被重新变回原来的形状时，这部分能量将被释放出来。
形状记忆材料的另一个重要特性是“变形记忆效应”，即当材料被变形时，它可以“记住”这种新形状，并在受到刺激时恢复原状。
形状记忆材料的应用医学领域形状记忆材料在医学领域中有着广泛的应用，例如使用于血管支架、心脏助辑器等医疗器械中。
这些医疗器械可以通过体内温度的变化自动进行形状变化，以适应人体的不同情况，从而实现更有效的治疗效果。
机械工程领域形状记忆材料在机械工程领域中也有着广泛的应用，例如使用于自适应尺寸组件、能量吸收器等机械部件中。
这些机械部件可以通过外力的作用来变形，从而适应不同的工作环境。
例如在汽车碰撞时，形状记忆材料可以吸收能量，保护乘客的生命安全。
电子学领域形状记忆材料在电子学领域中的应用比较新颖，例如在电池、传感器、微机器人中应用。
这些电子器件可以通过形状记忆材料的形状改变，来实现更灵活、更智能的功能，例如微机器人可以通过变形来穿过微型管道，进而实现内窥镜检查等操作。
航空航天领域形状记忆材料在航空航天领域中的应用主要体现在飞行器的结构与外形设计上。
例如在航空器的外壳材料中，形状记忆材料可以实现自主调节，适应不同的飞行速度、飞行高度等环境条件，从而实现更好的飞行效果。
形状记忆合金材料
形状记忆合金材料形状记忆合金材料最早于1951年由美国海军实验室的奥古斯特·索尔兹曼博士发现。
他发现一种铜锌合金在加热后会恢复到其原始形状。
这种合金被命名为“诺博-间兰合金”，后来被进一步研究和改进，形成了现在所称的形状记忆合金材料。
形状记忆合金材料通常由镍、钛、铜、锌等金属元素组成，其中最常用的是镍钛合金，它具有良好的形状记忆效应和恢复力。
形状记忆合金材料有两种记忆效应：一种是热记忆效应，即在加热过程中发生形状改变并冷却后恢复原状；另一种是力记忆效应，即在受力作用下发生形状改变，并在受力消失后恢复原状。
形状记忆合金材料具有许多优点，使其在各个领域得到了广泛应用。
首先，它具有良好的强度和韧性，可以承受高温和高压的环境。
其次，它的形状记忆效应可重复使用，具有稳定性和可靠性。
此外，形状记忆合金材料还可以用来制造微小的机械部件，用于微纳技术和医疗器械等领域。
在航空领域，形状记忆合金材料可以用于制造飞机主动结构，如自动调整气动面和自动调整舵面等。
这些材料可以根据外界条件自动调整形状，提高飞机的机动性和稳定性。
此外，形状记忆合金材料还可以用于燃油喷射器和各种传感器等部件，提高航空器的性能和安全性。
在汽车领域，形状记忆合金材料可以用于制造汽车的结构件，如车身和座椅等。
这种材料可以根据碰撞的力度和方向自动调整形状，从而提高汽车的碰撞安全性。
此外，形状记忆合金材料还可以用于制造行车记录仪和智能导航系统等装置，提高汽车的智能化水平。
在医疗领域，形状记忆合金材料可以用于制造支架和植入物等医疗器械。
这些材料可以依据受力情况自动调整形状，提高植入物在患者体内的适应性和稳定性。
此外，形状记忆合金材料还可以用于制造人工关节和义肢等器械，改善患者的生活质量。
总之，形状记忆合金材料是一种具有广泛应用前景的材料。
随着科学技术的不断进步，对形状记忆合金材料的研究和开发也在不断深入。
可以预见，在未来的发展中，形状记忆合金材料将在各个领域得到更广泛的应用，并促进人类社会的进步和发展。
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，它可以在受到外界刺激后恢复到其原本的形状。
这种材料的原理是基于其微观结构和相变特性，通过外界刺激实现形状的变化和恢复。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用，其原理和性能备受关注。
形状记忆合金的原理主要基于其晶体结构和相变特性。
晶体结构是材料内部原子排列的规律性，形状记忆合金的晶体结构具有特殊的特点，使其在受到外界刺激后能够发生相变。
相变是指材料在一定条件下由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程，形状记忆合金通过相变实现形状的变化和恢复。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，其中医疗领域是其重要的应用之一。
形状记忆合金可以制成医疗器械，如支架和植入物，通过其形状记忆的特性可以在植入后恢复到原本的形状，从而减少手术创伤和提高治疗效果。
此外，形状记忆合金还可以用于制作牙齿矫正器和矫形器等医疗器械，为患者提供更加舒适和有效的治疗方案。
在航空航天领域，形状记忆合金也有着重要的应用。
由于其轻量化和形状记忆的特性，形状记忆合金可以制成航空航天器件的关键部件，如襟翼、起落架和阀门等。
这些部件在受到外界刺激后可以实现形状的变化和恢复，从而提高航空航天器件的性能和可靠性。
此外，形状记忆合金还可以用于汽车领域。
通过在汽车零部件中应用形状记忆合金，可以实现汽车零部件的自修复和形状调整，从而延长零部件的使用寿命和提高汽车的安全性能。
总的来说，形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其原理基于晶体结构和相变特性。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域有着广泛的应用，通过其形状记忆的特性可以实现形状的变化和恢复，为各个领域提供了全新的解决方案。
随着材料科学的不断发展，相信形状记忆合金在未来会有更加广阔的应用前景。
4.形状记忆合金
单斜晶体 马氏体
一定的热 处理或成 分条件 菱面体点阵 R相
34
2.1 Ti-Ni基形状记忆合金
(2) 合金元素对Ti-Ni合金相变的影响 添加少量的第三元素，会引起合金中马氏体内部的显 微组织发生显著变化，同时可能导致马氏体的晶体结
构发生改变，宏观上表现为相变温度点的升高或降低。
Cu的影响(Ti-Ni-Cu合金)
形状记忆材料
制造科学与工程学院材料成型系
目录 形状记忆相关知识 形状记忆材料种类 形状记忆材料应用 形状记忆材料发展 结束语
2
1 形状记忆相关知识
形状记忆效应（特点及分类） 马氏体相变 形状记忆原理
3
1.1 形状记忆效应
形状记忆效应：
具有一定形状（初始形状）的固体材料，在某
一低温状态下经过塑性变形后（另一形状），通过
形状记忆特性比Ti-Ni合金差。
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2.4 ZrO2形状记忆陶瓷
（1）氧化锆陶瓷的基本结构与相变 随温度的变化纯ZrO2有三种晶型，按温度由高到 低，其结构分别为 立方晶系、四方晶系(t相)、单斜晶系(m相)
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，这种效应称为形状记忆效应
（SME）。 (Shape Memory Effect)
4
1.1 形状记忆效应
对于普通金属材料，受到外力作用时，当 应力超过屈服强度时，产生塑性变形，应力去
除后，塑性变形永久保留下来，不能恢复原状。
塑性变形——物质在一定的条件下，在外力的作用下产 生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原
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1.2 马氏体相变
在Ms 温度以上变形，因应力使Ms升高，发生M转 变，应力解除，产生逆相变，回到母相状态，在应
形状记忆材料应用ppt课件
形状记忆合金由于具有许多优异的 性能，因而广泛应用于航空航天、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。
• (1)工程应用
•
形状记忆合金在工程上的应用很多，最早
的应用就是作各种结构件，如紧固件、连接件、
密封垫等。另外，也可以用于一些控制元件，
如一些与温度有关的传感及自动控制。
将会更加广泛。
精选课件
• (3)日常生活应用
•
(a) 防烫伤阀
• 在家庭生活中，已开发的形状记忆阀
可用来防止洗涤槽中、浴盆和浴室的热水意外烫伤；这些阀
门也可用于旅馆和其他适宜的地方。如果水龙头流出的水温
达到可能烫伤人的温度(大约 48℃)时，形状记忆合金驱动阀门
关闭，直到水温降到安全温度，阀门才重新打开。
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两端对准插入接头；最后，当管子处于工作状态，温度回升到转变温度 以上，镍钛合金发挥形状记忆效应，管接头自动收缩，管径变细，回复 第一次加工的尺寸，它就把两根管子紧紧地连在一起。
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，太阳的强烈的辐射使 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。
•
(b) 眼镜框架
•
在眼镜框架的鼻梁和耳部装配 TiNi 合金可使人感到舒适并抗磨损，由
于 TiNi 合金所具有的柔韧性已使它们广泛用于改变眼镜时尚界。用超弹性
•
把形状记忆合金制成的弹簧与普通弹簧安装，
niti形状记忆合金的dsc曲线
一、概述形状记忆合金（SMAs）是一种具有记忆性能的功能材料，具有形状可逆性和超弹性等独特性能。
其中，niti形状记忆合金由镍和钛两种元素组成，具有优良的记忆性能和机械性能，被广泛应用于医疗器械、汽车、航空航天等领域。
而动态扫描量热仪（DSC）曲线是研究niti形状记忆合金相变行为的重要手段。
二、niti形状记忆合金的基本性能1. 记忆效应niti形状记忆合金具有记忆效应，即在预设的形状被改变后，当受到外力或温度变化等刺激后，能够恢复到其预设的形状，这一特性使得niti形状记忆合金在医疗领域中得到广泛应用，如血管支架等医疗器械的制造。
2. 超弹性niti形状记忆合金还具有超弹性，即在受到外力作用时，能够产生较大的形变而不会发生塑性变形，一旦外力消失，又能够自行恢复原有形状，这种性能使得niti形状记忆合金在汽车和航空航天领域中得到广泛应用。
三、动态扫描量热仪曲线的意义1. 相变温度动态扫描量热仪曲线可以帮助研究人员测定niti形状记忆合金的相变温度，包括马氏体相变和铁素体相变的温度范围和特性，这对于合金的性能评价和应用具有重要意义。
2. 相变热DSC曲线还可以用来测定niti形状记忆合金的相变热，即相变过程中所释放或吸收的热量，这对于理解合金的相变机制和热力学性能具有重要意义。
四、niti形状记忆合金的DSC曲线特征1. 马氏体相变峰在DSC曲线上，马氏体相变通常会呈现出一个明显的放热峰，该峰对应着马氏体相变所释放的热量，通过测定该峰的温度和面积可以得到相变温度和相变热。
2. 铁素体相变峰在DSC曲线上，铁素体相变也会呈现出一个放热峰，该峰对应着铁素体相变所释放的热量，通过测定该峰的温度和面积可以得到相变温度和相变热。
五、niti形状记忆合金的DSC曲线分析1. 相变温度通过分析DSC曲线上的马氏体相变和铁素体相变的温度峰值可以得到合金的相变温度范围，并进一步研究相变温度与合金组织结构和成分之间的关系。
形状记忆材料原理和制备方法总结
形状记忆材料原理和制备方法总结
形状记忆材料是一种可以根据外界刺激改变形状，并恢复原状的特殊材料。
其原理基于相变效应和形状记忆效应，通过合理的制备方法可以获得不同形状记忆材料。
原理
形状记忆材料的原理主要有以下几个方面：
1. 形状记忆效应：形状记忆材料可以在经历形状改变后恢复原来的形状。
这是由于材料中存在特殊的相变结构，通过应力诱导相变或温度诱导相变来实现形状的改变和恢复。
2. 相变效应：形状记忆材料的相变效应是材料的理想弹性成分与相互作用的结果。
在相变的过程中，晶格结构发生改变，使材料产生形状记忆效应。
3. 容积相变效应：形状记忆材料中的相变不仅限于表面形状的改变，还可以引起材料的容积变化。
这是由于相变过程中，晶格结构的变化导致材料的体积发生变化。
制备方法
形状记忆材料的制备方法主要有以下几种：
1. 合金法：通过合金化改进晶格结构，使材料具有形状记忆性能。
常用的合金有铜铝合金、镍钛合金等。
2. 多层薄膜法：利用不同材料的热膨胀系数不同，通过堆叠多层薄膜形成形状记忆材料。
如利用金属和陶瓷薄膜的结合。
3. 共沉淀法：通过共沉淀制备形状记忆材料。
将合适的元素混合溶液共沉淀形成材料的晶体结构。
4. 拉伸法：通过拉伸形状记忆材料，引起材料的相变，使其固化在新的形状上。
总之，形状记忆材料的原理基于相变效应和形状记忆效应，制备方法包括合金法、多层薄膜法、共沉淀法和拉伸法等。
这些方法可以根据具体需求选择并进行相应制备。
形状记忆合金的原理
形状记忆合金的原理
形状记忆合金（SMA）是一种具有特殊形状记忆性能的金属合金材料，它可以在受到外部刺激后恢复到其原始形状。
这种材料在工程、医学、航空航天等领域具有广泛的应用前景，因此其原理和特性备受关注。
形状记忆合金的原理主要基于固态相变和晶体结构的特殊性质。
在常温下，形
状记忆合金处于一种称为马氏体的相态，此时材料呈现出一种特定的形状。
当受到外部力或温度变化等刺激时，马氏体会发生相变，转变为奥氏体相，从而使材料发生形状变化。
一旦外部刺激消失，材料又会恢复到原始的马氏体相态，恢复原来的形状。
形状记忆合金的这种特殊性质主要源于其晶体结构的特殊性。
在马氏体相态下，形状记忆合金的晶体结构呈现出一种扭曲的形态，这种扭曲结构使得材料能够存储和记忆原始形状。
当马氏体发生相变为奥氏体时，晶体结构重新排列，从而导致材料形状发生变化。
而当外部刺激消失时，晶体结构又会重新排列回马氏体相态，使得材料能够恢复原来的形状。
除了形状记忆性能，形状记忆合金还具有超弹性和耐腐蚀等优良性能。
这使得
它在医学领域有着广泛的应用，例如用于支架和植入物等医疗器械。
在航空航天领域，形状记忆合金也可以用于制造具有自修复功能的材料，提高材料的使用寿命和安全性。
总的来说，形状记忆合金的原理基于固态相变和晶体结构的特殊性质，使得它
具有形状记忆、超弹性和耐腐蚀等优良性能。
这种材料在工程、医学、航空航天等领域有着广泛的应用前景，对于推动材料科学和工程技术的发展具有重要意义。
形状记忆聚氨酯
形状记忆聚氨酯
张华 2014223070109
可不可以发明这样一种材料？
整齐如新，不起褶皱 春夏秋冬，知冷知热
1.形状记忆材料概况
形状记忆材料指能够感知环境变化(如温度、 力、电磁、溶剂等)的刺激,并响应这种变化,对其 状态参数(如形状、位置、应变等)进行调整,从而 回复到其预先设定状态的材料。 分类：形状记忆合金、形状记忆陶瓷、形状 记忆聚合物。
2、形状记忆聚氨酯记忆机理
聚合物组成：
软段 聚氨酯 多异氰酸酯
硬段
扩链剂
软段
硬段
控制形变的保持特性 及拉伸温度和热收缩 的温度
组成和含量决定 形状记忆聚氨酷 的热变形温度和 收缩速率
热激发的形状记忆效应的分子机理
3.在抗皱织物中的应用
• 香港理工大学的胡金莲利用具有形状记 忆水溶性聚氨酯组合对织物进行整理， 经过整理后的织物，若在穿着过程或折 叠过程中出现“折痕”将织物放在30100℃热空气或热水中，当织物受到的温 度高于分子的玻璃化相转变温度时，形
状记忆高分子就会吸收热量，发生相的
转变。因其本身的特殊结构，恢复到原 来的形状，这样就达到抗皱和保形的能
力。该织物还具有手感舒适，透湿透气
性好等特点。
4.在调温织物中的应用
• 美国Vigo Frost 等通过聚已二醇(PEG)涂 层整理的面料，具有储存热量的功能，当 面料受到热量时， 就吸收外界热量，当 遇到冷的环境时放出热量。 • 这种技术应用于聚氨酯织物涂层上面，使 PEG 的玻璃化转变温度处于人体感觉舒适 的温度范围“。这样， 当外界环境温度 高于临界温度时，高聚物发生相变吸热， 同时体积发生膨胀，热运动加快，亲水基 团空间增大，使透湿气量增加，排热排汗 加快，使人感到凉爽。反之亦然。
形状记忆合金
生物医疗
用于医学领域的 TiNi形状记忆合金，除了利用其形状记忆效应或超弹性外，还应满足化学和生物学等方面 的要求，即良好的生物相容性。TiNi可与生物体形成稳定的钝化膜。在医学上 TiNi合金主要应用有：
(a)牙齿矫形丝用超弹性 TiNi合金丝和不锈钢丝做的牙齿矫正丝，其中用超弹性 TiNi合金丝是最适宜的。 通常牙齿矫形用不锈钢丝 CoCr合金丝，但这些材料有弹性模量高、弹性应变小的缺点。为了给出适宜的矫正力， 在矫正前就要加工成弓形，而且结扎固定要求熟练。如果用 TiNi合金作牙齿矫形丝，即使应变高达10%也不会产 生塑性变形，而且应力诱发马氏体相变（stress-induced martensite）使弹性模量呈现非线型特性，即应变增 大时矫正力波动很少。这种材料不仅操作简单，疗效好，也可减轻患者不适感。
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，太阳的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。
分类
形状记忆效应
伪弹性
形状记忆效应
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。
其它
在工程和建筑领域用 TiNi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。