高中化学 记忆合金课件 新人教版选修2

1、化学与材料形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金的发现2020世纪世纪6060年代初，美国马里兰州海军年代初，美国马里兰州海军军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝军械研究所的科学家比勒，用镍钛合金丝做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用做试验。这些合金丝弯弯曲曲，为了使用方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当方便，他把这些合金丝弄直了。但是，当他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发他无意中把合金丝靠近火的时候，奇迹发生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了生了：已经弄直的合金丝居然完全恢复了它们原来弯弯曲曲的形状。它们原来弯弯曲曲的形状。 形状记忆合金的特点 形状记忆合金材料是一形状记忆合金材料是一种新型

2、的功能材料，其种新型的功能材料，其特点是在一定的外力作特点是在一定的外力作用下可以改变其形态用下可以改变其形态(形状和体积形状和体积)，但当温，但当温度升高到某一定值时，度升高到某一定值时，它又可完全恢复原来的它又可完全恢复原来的形态。形态。 通过形状记忆合金模仿肌肉的收缩来实现人工肌肉的功能。用背部的金属纤维振动翅膀形状记忆合金的用途（一）在航空上的应用月球上的“奇葩”在室温下用形状记忆合金制在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成抛物面天线，然后把它揉成直径成直径5厘米以下的小团，放厘米以下的小团，放入阿波罗入阿波罗11号的舱内，在月号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使面上经太

3、阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。舱运送体积庞大的天线了。 形状记忆合金的用途（二） 在医学上的应用在医学上的应用 合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及合金作为驱动元件，具有可动的肩、肘、腕及手指的微型机械手。手指和手腕靠手指的微型机械手。手指和手腕靠TiNiTiNi合金螺合金螺旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是旋弹簧的伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状的靠直线状的TiNiTiNi合金丝的伸缩做弯曲动作，各合金丝的伸缩做弯曲动作，各个形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽个

4、形状记忆合金驱动元件都由直接通上的脉宽可调电流加以控制。可调电流加以控制。 形状记忆合金的用途归纳 (1)汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料蒸发气体排出控制阀；(2)电子设备：电子炉灶换气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温泉浴池调理器等；(3)安全器具：过热报警器、火灾报警器、烟灰缸灭火栓等；(4)医疗方面：人工牙根、牙齿矫正丝、导线等；(5)生活用品：自动干燥库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱混合水栓温度调节

5、阀、眼镜固定件、眼镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。 形状记忆合金的分类（1）单程记忆效应）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，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。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。（2）双程记忆效应）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，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。称为双程记忆效应。（3）全程记忆效应）全程记忆效应加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相加热时恢

6、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，称为全程记忆同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。效应。 形状记忆合金的原料 真正实际中使用的形状记忆合金主要是真正实际中使用的形状记忆合金主要是 TiNi合金和合金和CuALBe合金，以及在这两种合合金，以及在这两种合金中添加微量元素所组成的合金，因而形金中添加微量元素所组成的合金，因而形状记忆合金的主要材料是镍、钛、铜、铍状记忆合金的主要材料是镍、钛、铜、铍青铜等，其产地分别是我国西部地区的金青铜等，其产地分别是我国西部地区的金昌、遵义、白银、石嘴山等。昌、遵义、白银、石嘴山等。 合金具有“记忆”的原因 据科学家推测，金属的结晶

7、状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。 形状记忆效应与形状记忆合金 一般金属材料受到外力作用后，首先发生一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到屈服点，就产生塑性变形，弹性变形，

8、达到屈服点，就产生塑性变形，应力消除后留下永久变形。但有些材料，应力消除后留下永久变形。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（形状记忆效应（SME）。）。 具有形状记忆效应的金属一般是两种以上具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金，称为形状记忆合金金属元素组成的合金，称为形状记忆合金（SMA） 铁素体、奥氏体、马氏体 组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910910以下为具有以下为具有体心立方晶格结构的体心立方晶

9、格结构的铁，铁，910910以上为具有面心立以上为具有面心立方晶格结构的方晶格结构的铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到碳溶解到铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到铁中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金铁中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。的高温相。 钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727727以下时变成以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230230以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩