金属也有“记忆”吗

先来看场魔术表演吧。

魔术师把一把平直的汤匙放在0摄氏度的水中，然后把它掰弯。接着，魔术师把汤匙握在手中，神秘地对着手吹了三口气，手指张开，奇迹出现：汤匙居然变直了！

为什么会这样呢？奥秘肯定不在那三口气。那在哪里呢？

原来，那把汤匙是用一种具有“记忆”功能的金属做的。它“记”住了自己原来的平直形状，当被手加热、温度升高时，它的“记忆”被唤醒，所以在手张开后，就变直了。

哈，金属居然也有“记忆”！

人们把这些能“记”住自己形状的金属，称为形状记忆金属。由于它们都是由两种或两种以上的元素组成的，因此也被称为形状记忆合金。

你一定听过“嫦娥奔月”的故事！成功登上月球，一直是我国航天工作者的梦想。随着嫦娥号飞船一次次成功发射，登陆月球表面已经不再只是梦想。

但是，成功到达月球表面只是第一步，我们还需要把月球“土特产”——月壤“打包”带回地球，这对科学家的研究非常重要。

然而，在月球上没有人工操作，怎么才能装进袋，打好包，封好口，不让采集到的月球“土特产”漏洒出来呢？

科学家们想到了形状记忆合金。他们把形状记忆合金丝做成一个像麻花一样的封口器，在嫦娥五号发射之前把封口器掰成圆形缝合到装月壤的布袋口，然后把布袋套在采集月壤的金属管外面。

钻取采集开始后，自动装置通过布袋顶端的抽拉绳把布袋慢慢拉进金属管内，采集的月壤也慢慢地进入管内的布袋里。当采集任务完成时，套在金属管外面的布袋全部翻转进入管内，此时缝合在袋口的记忆合金封口器便在月球温度条件下，自动从圆形恢复到麻花状，把布袋口紧紧封住。打包完成！

最后，这个“包”乘坐返回舱顺利回到地球。

2020年12月17日，嫦娥五号月球探测器携带月壤样品返回地球，圆满完成我国首次月球无人采样任务。这次任务的完成，有形状记忆合金的一份功劳。

看起来好像很简单很顺利，其实，从想到到做到，是充满波折和挑战的。精准的温度把控就是其中一个要解决的大难题。

在月球上，白天温度很高，夜晚温度又会降到很低，昼夜温差超过300摄氏度，这和地球很不一样！在这种情况下，普通的形状记忆合金根本无法“施展本领”。怎么办呢？

北京航空航天大学的形状记忆合金研究团队下决心跟这个困难“死磕”。他们发现，给普通形状记忆合金加点儿“料”，也就是其他合金元素，并改进合金丝的加工方法，就可以帮助形状记忆合金“升级”了！

可是具体应该加哪种合金元素，又该加多少呢？这可不是拍脑袋能决定的。为了找到准确答案，他们反复实验并改进配方，终于得到了可满足月球环境要求的形状记忆合金，并加工制成了封口器。航天科技人员接着又在各种复杂的环境下反复测试，最终选用两个封口器执行航天任务，圆满完成了月壤采集。

今天形状记忆合金在航空航天领域的广泛应用，离不开默默奉献的前辈科学家们。赵连城院士就是很早注意并意识到一定会对我国的航空航天发展发挥重要作用的人。

当年，刚刚大学毕业的赵连城因为国家需要，毅然离开上海，来到“冰城”哈尔滨，从此开始了在“材料世界”的探索。

在科研过程中，他发现某些金属有类似记忆的特殊“才能”。哈，多有意思！

究竟哪些金属有这样的“才能”呢？这么厉害的“才能”，又应该怎样好好用起来呢？

这些问题，找不到答案，也没有前人的经验，他便如饥似渴地查阅国内外资料，并结合大量复杂的实验。最后他推断：能在工程应用的记忆合金可以基本锁定在镍钛基记忆合金范围内。这一推断令我国的记忆合金研究上了一个新台阶。

接下来就是记忆合金的应用了。其中就包括航空液压管接头。

这个管接头是影响飞机安全和可靠性的一种重要器件。以前的管接头基本是用普通金属制成的、对着拧的螺母螺栓，在遇到震动冲击的时候，容易松动，造成油气管路泄漏，导致飞机出现故障。如果将记忆合金应用在这种管接头上，它的性能可以大大提高，飞机的故障率就可以大大降低。

为了确保记忆合金在航空航天服役过程中万无一失，赵连城不但对研制的每个记忆合金器件反复试验，有时还要解决各种跨学科、跨领域的问题。

寻找一种合适的低温润滑剂，就是当时面临的一个大问题。这种润滑剂可以帮助记忆合金管接头实现低温下“扩径”，也就是说，在不开裂的前提下，把管接头撑开撑大，以便能套在相应的管路上。

可是，没有找到。

要说好奇心真的是科学家成功的必备要素！正当山穷水尽之际，赵连城团队收到了一封国外来信。

在拆信的过程中，他们发现信封的手感有些特别，异乎寻常地光滑。会不会有什么特殊材料呢？正苦于寻找润滑剂的他们，赶紧拿信封去做低温润滑测试，结果居然迎来了“柳暗花明”——有了这种用信封纸做成的润滑剂，管接头扩径成功了！

就这样，在赵连城院士的带领下，科研团队成功研制出了一个又一个形状记忆合金器件，成功应用在我们国家神舟四号飞船、实践五号卫星等10多个航天器上。

现在，形状记忆合金不光用在了航空航天领域，在我们常见的牙齿矫形丝、眼镜架上也能见到它们的身影。

同学们，你也遇到过一时无法解决的难题吧？千万不要气馁，只要多观察、多思考，一定也可以迎来你的“柳暗花明”。

供稿单位：重庆市产学研合作促进会

审核专家：毛弋，重庆市科学传播专家团首席专家，重庆电子工程职业学院教授

图片来源：摄图网、央视新闻、故宫博物院、江西省博物馆、上海博物馆、山西博物院

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