科學家們預言：二十一世紀將是材料-電子一體化的世紀。研制由功能材料構成的高密集度、高可靠性、多功能 、自動化機電伺服系統, 是近代科技發展的一大需求。作為新型功能材料家庭中的重要成員, 形狀記憶合金在工程機械領域及日常生活中得到了廣泛的應用，優勢也越來越明顯。

形狀記憶合金(Shape Memory Alloy , 簡稱為SMA)是一種特殊的金屬材料, 經適當的熱處理后即具有回復形狀的能力 , 這種能力被稱為形狀記憶效應(Shape memory Effect , 簡稱為SME)。研究表明 ,很多合金材料都具有SME, 但只有在形狀變化過程中產生較大回復應變和較大形狀回復力的, 才具有利用價值。通常，這類材料與普通金屬材料相比具有偽彈性，良好的抗震性及適應性等優異特性。

對于普通金屬合金而言，當材料受到低于其屈服強度應力作用時，材料只會發生彈性變形，即當外力撤掉后材料依然能夠恢復到原來的形狀。但是當材料受到高于屈服點的應力時，材料會發生塑性變形，即在撤掉外力的作用下，材料依然不會恢復到原來的形狀而發生永久變形。而形狀記憶合金產生塑性變形后, 加熱到某一溫度之上, 能夠回復到變形前的形狀, 即具有形狀記憶效應（SME）。

形狀記憶效應通常分為單程記憶效應，雙程記憶效應及全程記憶效應。具有形狀記憶效應（SME）的金屬通常是由兩種以上金屬元素組成的合金。目前，已經成功開發出的形狀記憶合金有鐵鎳基形狀記憶合金，銅基形狀記憶合金，鐵基形狀記憶合金。

SME通過SMA材料母相和子相之間的相互轉化實現。通常, 高溫相為母相, 合金中的晶體結構主要是奧氏體。低溫相為子相, 晶體結構主要是馬氏體。奧氏體晶體結構通常是體心立方結構，馬氏體的晶體結構是斜立方體, 它與奧氏體的區別類似于正方形和平行四邊形。

我們這里以單程記憶效應為例結合晶體學理論知識闡述形狀記憶效應的原理。我們將三維晶體結構模型抽象成二維模型，如上圖所示。母相奧氏體在冷卻過程中發生馬氏體相變，馬氏體相變是一種移位型相變過程中, 沒有原子的大范圍移動。通過局部原子重排, 晶體結構轉化成更為穩定的狀態, 固體化學成分不變，而形成孿晶馬氏體。孿晶馬氏體在外載荷作用下晶體結構發生滑移而形成另一種晶體結構，這種晶體結構不再具有孿晶馬氏體的特征，只是它的一種結構變體，晶格類型依然是斜立方體。在隨后的對變形后的馬氏體加熱過程中，馬氏體轉變為奧氏體，奧氏體僅以立方晶格形式存在, 不表現孿晶性質, 因此只支持一種宏觀外形即“ 記憶”的形狀。這就是SME的晶體學原理。

形狀記憶效應的非線性主要是指形狀記憶合金在拉伸作用下，合金的加熱與冷卻曲線并不重合，從而形成遲滯。如果加熱與冷卻曲線不存在重合部分，則成為主遲滯，如上圖3-1-3.如果加熱與冷卻曲線存在部分重合，則稱為次遲滯，如曲線3-2-1，3-4-1。經歷多次部分熱循環后 , 遲滯會發生移動。
形狀記憶合金在拉伸過程中表現出的應力應變曲線與普通金屬合金有較大的差異，在不同溫度狀態下的應力應變曲線也會發生顯著差異，這主要是因為在拉伸過程中晶格變換及存在的相變過程。

形狀記憶合金發展史

1932年，瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應；
1938年，哈佛大學研究人員在銅鋅合金中發現熱彈性效應，但未被重視；
1963年，美國海軍機械研究所宣布在NiTi合金絲中發現了形狀記憶效應；
1969年，鎳-鈦合金的“形狀記憶效應”首次在工業上應用；
1969年7月20日，美國將鎳-鈦形狀記憶合金材料制成天線帶上月球；

我國與上世界80年代開始研制，雖然起步較晚，但截止到現在已經形成鎳鈦基，銅基及鐵基形狀記憶合金系列。

形狀記憶合金的專利
預計2019年形狀記憶合金及記憶材料相關的領域US專利數將達 25000+，專利主要集中于生物醫療領域，占比高達61%。

形狀記憶合金應用

目前，形狀記憶合金主要應用在航空航天及其他工業，生物醫學及日常生活領域。

航空航天

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利用形狀記憶合金制作而成的宇宙天線，在低溫下壓縮成一個小鐵球，它的體積僅為原來的千分之一，這樣很容易被送上月球等其他星球，在強烈的太陽輻射下，天線溫度升高而恢復到原來的形狀，從而能夠正常工作向地球發送回寶貴的宇宙信息。

其他工業

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利用形狀記憶合金制作而成的形狀記憶合金彈簧應用于熱敏元件而提高元件的敏感度。此外在管接頭和緊固件上 ,低溫時管內端擴大4%，然后裝配鏈接在一起，再經高溫加熱管道恢復到原來的形狀而實現無縫銜接。

生物醫學

Ni -Ti 合金是醫用生物材料的佼佼者, 在臨床醫學和醫療器械等方面廣泛應用。如介入醫療 ,將各類人體腔內支架、經過預壓縮變形后 ,能夠經過很小的腔隙安放到人體血管、消化道、呼吸道等各種狹窄部位 ,支架擴展后,在人體腔內支撐起狹小的腔道 .具有療效可靠 、使用方便 、可大大縮短治療時間和減少費用等優點。另外，手術縫合線、牙齒矯形絲 、腦動脈瘤夾、髓內針 、人工關節、避孕環、人造心臟、人造腎臟用微型泵等都已進入醫療臨床試用 .

日常生活

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在日常生活領域形狀記憶合金制作而成空調百葉板，浴室水管水溫的控制閥門，暖氣片的控溫閥門以及消防器的閥門都可以使用形狀記憶合金制作，另外還有我們平時戴的眼鏡，吃飯時的飯勺等等也都可以使用形狀記憶合金。

不久的將來 , 汽車的外殼也可以用記憶合金制作 .如果碰癟了,只要用電吹風加加溫就可恢復原狀 .用形狀記憶合金研制的發動機不需燃料,也不耗費電力,僅僅需要相關幾十度的水 .且其工作全過程既不排放廢液又不消耗能源, 今后完全有可能研制出實用的形狀記憶合金熱機 , 屆時世界的能源結構將因此而改變 .由形狀記憶合金驅動的仿生機器人, 可以實現控制系統的微型化和智能化。

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