知識導航
20世紀70年代，世界材料科學中出現了一種記憶金屬，又叫“形狀記憶合金”。這種合金是一種較為特別的金屬，在高溫下這種合金可以被變成任何你想要的形狀，在較低的溫度下合金可以被拉伸。如果我們對它重新加熱，那麼它會記起原來的形狀或狀態，最終恢複回去。我們在盛著涼水的玻璃缸裏，拉長一個用記憶金屬製成的可以“無限次”被拉伸和收縮的彈簧，當把彈簧放入熱水中時，彈簧會自動收縮，放進涼水中，彈簧又恢複了它的原狀。
記憶金屬主要是鎳鈦合金材料，有數個較為明顯的特點，即彎曲量大，塑性高；在記憶溫度以上可以恢複原來的形狀；當受熱溫度達到一定數值時，記憶金屬內部的晶體結構會發生變化，從而導致外形的變化。例如，我們將一根螺旋狀高溫記憶合金降溫，使它的形狀處於螺旋狀態，我們在室溫下，即使將它強行拉直，隻要把它再加熱到一定的“變態溫度”，那麼這根合金就像記起了什麼似的，會立即恢複到自己原來的螺旋形態。我們不盡會想，難道合金也具有人類那樣的記憶力嗎？
其實，並不是那麼回事。這些隻是利用某些合金在固態時晶體結構隨著溫度的變化所遵循的變化規律而已。鎳鈦合金的變態溫度在40℃，主要是因為溫度在40℃上下變化時，鎳鈦合金就會收縮或膨脹，使它的形態發生變化。不隻是鎳鈦合金，每種合金都有自己的變態溫度，隻不過數值不同罷了。
知識拓展
晶體結構即晶體的微觀結構，是指晶體中的原子、離子或分子的具體排列情況。自然界分為晶體和非晶體，其中固態金屬和合金大都屬於晶體。晶體結構也是決定固態金屬的物理、化學和力學性能的基本因素之一。較為良好的晶體，其外觀往往呈現出某種對稱性。從微觀上來看，組成晶體的原子在空間內呈現周期重複地排列。即晶體中的原子或集合在空間中的三個不共麵的方向上，各按一定的點陣周期不斷地重複出現，從而反映出晶體的一些宏觀規律性。其中，點陣是指一組按聯接其中任何兩點的矢量進行平移後能複原的點的重複排列。
早在1951年，美國人就在一次試驗中偶然發現了金鎘合金有形狀記憶的特性，但是當時並沒有引起人們的重視。到了1953年，人們又在銦鉈合金中發現這類合金特性，卻仍然沒有引起人們的足夠重視。直到1963年，人們發現鎳鈦合金具有形狀記憶的特性後，才掀起了記憶合金研究的熱潮。
經過多年的研究和試用，人們發現記憶合金在高溫下具有較高的結構對稱性，通常呈現為有序的立方結構。根據其結構變化的記憶效應，我們可以將記憶合金分為以下三類：第一類是單程記憶效應的記憶合金，它可在較低的溫度下變形，加熱後可恢複變形前的形狀；第二類是雙程記憶效應的記憶合金，它可在加熱時恢複高溫相形狀，冷卻時又能恢複低溫相形狀；第三類是全程記憶效應的記憶合金，它可在加熱時恢複高溫相形狀，冷卻時則變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀。
目前，記憶合金已經發展到了數十種，在農業、工業、醫療、航空、軍事等領域有著廣泛的用途。例如，在工業領域，人們利用它的單程記憶效應來製造天線、套環等；利用它的雙程記憶效應來生產熱敏元件、接線柱、熱機等。人們還廣泛地利用它的超彈性特性，來生產彈簧、眼鏡架等。此外，由於銻鎳合金的生物相容性很好，我們利用其形狀記憶效應和超彈性的醫學實例相當多。由此可見，記憶合金的未來發展趨勢將十分可觀，可以被合理利用，從而造福於人類。
知識解碼
熱機
熱機原理就是將燃料的化學能轉化成內能，再由內能轉化為機械能的機器，如蒸汽機、汽輪機、內燃機、外燃機等。它通常以氣體作為工質，利用氣體受熱膨脹而對外做功。它在人類的生活中發揮著越來越重要的作用，我們現在的火車、汽車、輪船、飛機等交通工具都要依靠它來提供動力。雖然熱機的應用和發展推動了整個社會的快速發展，但是也不可避免地損失了許多能量，而且對我們的環境造成了一定程度的汙染和破壞。
在所有的熱機中，較為典型的熱機就是內燃機和外燃機。內燃機是通過使燃料在機器裝置內部燃燒，然後將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。廣義上的內燃機包括往複活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機、自由活塞式發動機、噴氣式發動機等，但我們通常所說的內燃機指的是活塞式內燃機。外燃機又稱斯特林發動機，是一種外燃的閉式循環往複活塞式熱力發動機。現在，新型的外燃機使用氫氣作為工質，在四個封閉的氣缸內都充有一定容積的工質。工質在低溫的冷腔中壓縮，然後流到高溫熱腔中迅速加熱，通過工質的膨脹來做功。工質不直接參與燃燒，也不需要更換。由於外燃機避免了傳統內燃機的震爆做功問題，所以擁有高效律、低噪音、低汙染和低運行成本的優點。