第一篇：新型智能材料(形狀記憶合金)論文

高分子形狀記憶合金的發展及趨勢

摘要：本論文主要討論形狀記憶合金相關內容,扼要地敘述了形狀記憶合金的發現以及發展歷史和分類, 介紹了形狀記憶合金在工程中應用的現狀以及發展前景。

關鍵詞：形狀記憶合金、形狀記憶合金效應、應用

一、引言

形狀記憶合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經塑性形變并固定成另一種形狀后,通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復成初始形狀的一類合金。形狀記憶合金具有的能夠記住其原始形狀的功能稱為形狀記憶效應(Shape Memory Effect ,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。到目前為止,應用得最多的是Ni2Ti 合金和銅基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。

形狀記憶合金作為一種特殊的新型功能材料,是集感知與驅動于一體的智能材料,因其功能獨特,可以制作小巧玲瓏、高度自動化、性能可靠的元器件而備受矚目,并獲得了廣泛應用。

二、形狀記憶合金的發展史

1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。

1938年。當時美國的在Cu-Zn合金小發現了馬氏體的熱彈件轉變。隨后，前蘇聯對這種行為進行了研究。1951年美國的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中發現了行狀記憶效應。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應的報道。數年后，Burkhart 在In-Ti 合金中觀察到同樣的現象。然而在當時，這些現象的發現只被看作是個別材料的特殊現象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直至1962年，美國海軍機械研究所r發現了Ni-Ti合金中的的形狀記憶效應，才開創了“形狀記憶”的實用階斷。

1969年，美國一家 公司首次將Ni-Ti合金制成管接頭應用于美國F14 戰斗機上；1970年，美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應用大大激勵了國際上對形狀記憶合金的研究與開發。20世紀7 年代，相繼開發出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形狀記憶合金；80 年代開發出了Fe-Mn-Si 基、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成本低廉、加工簡便而引起材料工作者的極大興趣。從20世紀90 年代至今，高溫形狀記憶合金、寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點。

從SMA 的發現至今已有四十余年歷史，美國、日本等國家對SMA 的研究和應用開發已較為成熟，同時也較早地實現了SMA 的產業化。我國從上世紀70 年代末才開始對SMA 的研究工作，起步較晚，但起點較高。在材料冶金學方面，特別是實用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學術界的公認，在應用開發上也有一些獨到的成果。但是，由于研究條件的限制，在SMA 的基礎理論和材料科學方面的研究我國與國際先進水平尚有一定差距，尤其是在SMA 產業化和工程應用方面與國外差距較大。

記憶合金主要分為以下幾種（1）單程記憶效應：

形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。（2）雙程記憶效應：

某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。

（3）全程記憶效應：

加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應。SMA的形狀記憶效應源于熱彈性馬氏體相變，這種馬氏體一旦形成，就會隨著溫度下降而繼續生長，如果溫度上升它又會減少，以完全相反的過程消失。兩項自由能之差作為相變驅動力。兩項自由能相等的溫度T0稱為平衡溫度。只有當溫度低于平衡溫度T0時才會產生馬氏體相變，反之，只有當溫度高于平衡溫度T0時才會發生逆相變。

在SMA中，馬氏體相變不僅由溫度引起，也可以由應力引起，這種由應力引起的馬氏體相變叫做應力誘發馬氏體相變，且相變溫度同應力呈線性關系。

至今為止發現的記憶合金體系

Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

形狀記憶合金的歷史只有70多年，開發迄今不過20余年，但由于其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為“神奇的功能材料”，其實用價值相當廣泛，其應用范圍涉及機械、電子、化工、宇航、能源和醫療等許多領域。

二、形狀記憶效應的應用

迄今為止,形狀記憶合金在空間技術、醫療器械、機械器具、電子設備、能源開發、汽車工業及日常生活各方面都得到了廣泛的應用,總的來說,按使用特性的不同,可歸納為下面幾類:

(1)自由回復。

SMA 在馬氏體相時產生塑性形變,溫度升高自由回復到記憶的形狀。自由回復的典型例子是人造衛星的天線和血栓過濾器。美國航空航天局(NASA)將Ti2Ni 合金板或棒卷成竹筍狀或旋渦狀發條,收縮后安裝在衛星內。發射衛星并進入軌道后,利用加熱器或太陽能加熱天線,使之向宇宙空間撐開。血栓過濾器把Ni2Ti 合金記憶成網狀,低溫下拉直,通過導管插入靜脈腔,經體溫加熱后,形狀變為網狀,可以阻止凝血塊流動。有人設想,利用形狀記憶合金制作宇宙空間站的可展機構,即以小體積發射,于空間展開成所需的形狀,這是很有吸引力的機構。

(2)強制回復。

強制回復最成功的例子是SMA 管接頭。事先把內徑加工成比被接管外徑小4 % ,當進行連接操作時,首先把管接頭浸泡在液態空氣中,在低溫保溫狀態下擴徑后,把被接管從兩端插入,升高溫度,內徑回復到擴徑前的狀態,把被接管牢牢箍緊。利用SMA 制作的腦動脈瘤夾可夾住動脈瘤根部,防止血液流入,使動脈瘤缺血壞死。本田等人用厚度為015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 復合夾滿足小而輕、裝卸簡便等要求,效果良好。此外,類似的用途還有電源連接器、自緊固螺釘、自緊固夾板、固定銷、密封墊圈、接骨板和脊柱側彎嬌形哈倫頓棒等。

(3)動力裝置。

有些應用領域,要求形狀記憶元件在多次循環往復運動中對外產生力的作用。溫度繼電器和溫度保持器、自動干燥箱、電子灶、熱機、衛星儀器艙窗門自動啟閉、自動火警警報器、熱敏閥門、液氨泄漏探測器、煤氣安全閥、通風管道緊急啟動閘門、自動收進煙頭的煙灰盒及人工心臟等都屬于這種應用類型。1997 年美國航空航天局(NASA)的科學家利用長3cm ,直徑0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驅動火星探測器上的太陽能電池擋板,加熱SMA ,使其收縮,通過傳動裝置,打開太陽能電池上的玻璃擋板,電池充電。充電結束后,偏置彈簧重新使擋板復位。擋板的有效開合可起到防塵的目的。

(4)精密控制。

因為SMA 的相變發生在一定溫度范圍而不是某一固定溫度點,我們往往只利用一部分形狀回復,使機械裝置定位于指定的位姿。微型機器人、昆蟲型生物機械、機器人手抓及微型調節器、筆尖記錄器及醫用內窺鏡都屬于這一類。形狀記憶合金用作機器智能人的執行器,集傳感、控制、換能、制動于一身,具有仿真性好、控制靈活、動作柔順、無振動噪聲、易于結構微型集成化等優點。日本的日立公司已研制出具有13個自由度的能揀取雞蛋的機器人。俄羅斯St1Petersburg 機器人及控制技術學院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基礎上,研制出了擬人機械手(115m 長),其手爪能移動200kg的物體。該研究小組還給出了手爪的精確控制系統。醫學上用到的具有多自由度能彎曲轉入腸道內診斷疾病,進行手術的機器人也屬于這一類型。現有的大腸鏡的直徑為10～20mm ,這種內窺鏡的直徑為13mm ,因此它特別適用于作大腸鏡。診斷過程中,醫生一邊看纖維鏡中的圖象,一邊移動操縱桿給出前端的第1 ,2 節彎曲角指令和內窺鏡前進、后退指令,通過計算機進行柔性控制,使內窺鏡能夠平滑地沿著通路前進或后退,大大減小了患者的痛苦,也增加了診斷的準確性。隨著目前超大規模集成電路技術的飛速發展,可進一步制成微米級甚至更小的超微仿生物。

(5)超彈性應用。

SMA 的偽彈性在醫學上和日常生活中得到了廣泛的應用,市場上的很多產品都應用了SMA 的偽彈性(超彈性)性質。主要有牙齒嬌形絲、人工關節用自固定桿、接骨用超彈性Ni2Ti 絲、玩具及塑料眼鏡鏡框等。Ni2Ti 絲用于嬌形上,即使應變量高達10 %也不會產生塑性變形,而且應力誘發馬氏體相變的過程中,應變增大較多時矯正力卻增加很少。故能保持適宜的矯正力,既可保證療效,也可減輕患者的不適感。

三、存在的問題和研究方向

在SMA 的研究和應用中,目前尚存在許多有待解決的問題,例如:(1)由于SMA 的各種功能均依賴于馬氏體相變,需要不斷對其加熱、冷卻及加載、卸載,且材料變化具有遲滯性,因此SMA 只適用于低頻(10Hz 以下)窄帶振動中,這就大大限制了材料的應用。

(2)SMA 自身存在損傷和裂紋等缺陷,如何克服這些缺陷,改善材料性能是當前迫切需要解決的問題。

(3)現有的SMA 機構模型在實際工程應用中都還存在一些缺陷,如何克服這些缺點,從而精確地模擬出SMA 的材料行為也是一個需要研究的重要課題;(4)在醫學應用方面,還需繼續研究SMA 的生物相容性和細胞毒性。(5)SMA 作為一種新型功能材料,其加工和制備工藝較難控制,目前還沒有形成一條SMA 自動生產線,此外材料成本也相當昂貴。

(6)為了提高應用水平,SMA 元器件還需要進一步微型化,提高反應速度和控制精度,在這方面仍有許多工作要做。

SMA 研究今后的發展方向和趨勢可歸納為以下幾方面:(1)充分發掘、改進和完善現有SMA 的性能;(2)研究開發新的具有形狀記憶效應的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究與應用;(4)SMA 智能復合材料的研究與開發;(5)高溫SMA 的開發。

四、前景展望

在形狀記憶合金的實用化進程中,急需積累并分析關于材料特性、功能可靠性、生物相容性和細胞毒性等方面的基礎數據資料。可以預言,隨著對SMA 研究的進一步深化,傳統的機電一體化系統完全有可能發展成為材料電子一體化系統。

五、結語

記憶合金目前已發展到幾十種，在航空、軍事、工業、農業、醫療等領域有著用途，而且發展趨勢十分可觀。這些研究表明我們已經做出了一個邁步，但我們需要將這一步邁的更大。加以時日，它將大展宏圖、造福于人類。

參考文獻 崔海寧.形狀記憶合金在建筑領域中的應用[J].山西建筑, 2006 2 高志剛.形狀記憶合金的應用[J].現代制造技術與裝備, 2007 3 吳根華.形狀記憶合金及其應用[J].安慶師范學院學報(自然科學版), 2004 4 周海鋒.形狀記憶合金及其應用[J].機電設備, 2002 5 王永前，趙連城.高溫形狀記憶合金研究進展[J].功能材料, 1995 6 楊凱,辜承林.形狀記憶合金的研究與應用[J].金屬功能材料, 2000 7 李建忱，呂曉霞，蔣青，周明.形狀記憶合金研究的回顧與前瞻[J].吉林工業大學學報, 1995 8 張紅，王小杰，涂水華.形狀記憶合金及其應用[J].河南科技, 1996 9 曹運紅.形狀記憶合金的發展及其在導彈與航天領域的應用[J].飛航導彈, 2000 10 肖恩忠.形狀記憶合金的應用現狀與發展趨勢[J].工具技術, 2005 11 劉建輝, 李寧, 文玉華.形狀記憶合金的應用[J].機械,2001 , 28(3): 56～58

第二篇：新型智能材料(形狀記憶合金)論文（范文）

鐵素體、奧氏體、馬氏體

組成鐵碳合金的鐵具有兩種晶格結構：910℃以下為具有體心立方晶格結構的α——鐵，910℃以上為具有面心立方晶格結構的Υ——鐵。如果碳原子擠到鐵的晶格中去，而又不破壞鐵所具有的晶格結構，這樣的物質稱為固溶體。碳溶解到α——鐵中形成的固溶體稱鐵素體。而碳溶解到Υ——鐵中形成的固溶體則稱奧氏體。奧氏體是鐵碳合金的高溫相。

鋼在高溫時所形成的奧氏體，過冷到727℃以下時變成不穩定的過冷奧氏體。如以極大的冷卻速度過冷到230℃以下，這時奧氏體中的碳原子已無擴散的可能，奧氏體將直接轉變成一種含碳過飽和的α固溶體，稱為馬氏體。由于含碳量過飽和，引起馬氏體強度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。

高分子形狀記憶合金的發展及趨勢

摘要：本論文主要討論形狀記憶合金相關內容,扼要地敘述了形狀記憶合金的發現以及發展歷史和分類, 介紹了形狀記憶合金在工程中應用的現狀以及發展前景。引言

形狀記憶合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經塑性形變并固定成另一種形狀后,通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復成初始形狀的一類合金。形狀記憶合金具有的能夠記住其原始形狀的功能稱為形狀記憶效應(Shape Memory Effect ,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。到目前為止,應用得最多的是Ni2Ti 合金和銅基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。

形狀記憶合金作為一種特殊的新型功能材料,是集感知與驅動于一體的智能材料,因其功能獨特,可以制作小巧玲瓏、高度自動化、性能可靠的元器件而備受矚目,并獲得了廣泛應用。

二、形狀記憶合金的發展史

1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。

1938年。當時美國的在Cu-Zn合金小發現了馬氏體的熱彈件轉變。隨后，前蘇聯對這種行為進行了研究。1951年美國的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中發現了行狀記憶效應。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應的報道。數年后，Burkhart 在In-Ti 合金中觀察到同樣的現象。然而在當時，這些現象的發現只被看作是個別材料的特殊現象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直至1962年，美國海軍機械研究所r發現了Ni-Ti合金中的的形狀記憶效應，才開創了“形狀記憶”的實用階斷。

1969年，美國一家 公司首次將Ni-Ti合金制成管接頭應用于美國F14 戰斗機上；1970年，美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應用大大激勵了國際上對形狀記憶合金的研究與開發。20世紀7 年代，相繼開發出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形狀記憶合金；80 年代開發出了Fe-Mn-Si 基、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成本低廉、加工簡便而引起材料工作者的極大興趣。從20世紀90 年代至今，高溫形狀記憶合金、寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點。

從SMA 的發現至今已有四十余年歷史，美國、日本等國家對SMA 的研究和應用開發已較為成熟，同時也較早地實現了SMA 的產業化。我國從上世紀70 年代末才開始對SMA 的研究工作，起步較晚，但起點較高。在材料冶金學方面，特別是實用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學術界的公認，在應用開發上也有一些獨到的成果。但是，由于研究條件的限制，在SMA 的基礎理論和材料科學方面的研究我國與國際先進水平尚有一定差距，尤其是在SMA 產業化和工程應用方面與國外差距較大。記憶合金主要分為以下幾種

（1）單程記憶效應：

形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。（2）雙程記憶效應：

某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。（3）全程記憶效應： 加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應。SMA的形狀記憶效應源于熱彈性馬氏體相變，這種馬氏體一旦形成，就會隨著溫度下降而繼續生長，如果溫度上升它又會減少，以完全相反的過程消失。兩項自由能之差作為相變驅動力。兩項自由能相等的溫度T0稱為平衡溫度。只有當溫度低于平衡溫度T0時才會產生馬氏體相變，反之，只有當溫度高于平衡溫度T0時才會發生逆相變。

在SMA中，馬氏體相變不僅由溫度引起，也可以由應力引起，這種由應力引起的馬氏體相變叫做應力誘發馬氏體相變，且相變溫度同應力呈線性關系。至今為止發現的記憶合金體系

Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

形狀記憶合金的歷史只有70多年，開發迄今不過20余年，但由于其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為“神奇的功能材料”，其實用價值相當廣泛，其應用范圍涉及機械、電子、化工、宇航、能源和醫療等許多領域.二、形狀記憶效應的應用

迄今為止,形狀記憶合金在空間技術、醫療器械、機械器具、電子設備、能源開發、汽車工業及日常生活各方面都得到了廣泛的應用,總的來說,按使用特性的不同,可歸納為下面幾類:(1)自由回復。

SMA 在馬氏體相時產生塑性形變,溫度升高自由回復到記憶的形狀。自由回復的典型例子是人造衛星的天線和血栓過濾器。美國航空航天局(NASA)將Ti2Ni 合金板或棒卷成竹筍狀或旋渦狀發條,收縮后安裝在衛星內。發射衛星并進入軌道后,利用加熱器或太陽能加熱天線,使之向宇宙空間撐開。血栓過濾器把Ni2Ti 合金記憶成網狀,低溫下拉直,通過導管插入靜脈腔,經體溫加熱后,形狀變為網狀,可以阻止凝血塊流動。有人設想,利用形狀記憶合金制作宇宙空間站的可展機構,即以小體積發射,于空間展開成所需的形狀,這是很有吸引力的機構。(2)強制回復。

強制回復最成功的例子是SMA 管接頭。事先把內徑加工成比被接管外徑小4 % ,當進行連接操作時,首先把管接頭浸泡在液態空氣中,在低溫保溫狀態下擴徑后,把被接管從兩端插入,升高溫度,內徑回復到擴徑前的狀態,把被接管牢牢箍緊。利用SMA 制作的腦動脈瘤夾可夾住動脈瘤根部,防止血液流入,使動脈瘤缺血壞死。本田等人用厚度為015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 復合夾滿足小而輕、裝卸簡便等要求,效果良好。此外,類似的用途還有電源連接器、自緊固螺釘、自緊固夾板、固定銷、密封墊圈、接骨板和脊柱側彎嬌形哈倫頓棒等。(3)動力裝置。

有些應用領域,要求形狀記憶元件在多次循環往復運動中對外產生力的作用。溫度繼電器和溫度保持器、自動干燥箱、電子灶、熱機、衛星儀器艙窗門自動啟閉、自動火警警報器、熱敏閥門、液氨泄漏探測器、煤氣安全閥、通風管道緊急啟動閘門、自動收進煙頭的煙灰盒及人工心臟等都屬于這種應用類型。1997 年美國航空航天局(NASA)的科學家利用長3cm ,直徑0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驅動火星探測器上的太陽能電池擋板,加熱SMA ,使其收縮,通過傳動裝置,打開太陽能電池上的玻璃擋板,電池充電。充電結束后,偏置彈簧重新使擋板復位。擋板的有效開合可起到防塵的目的。(4)精密控制。

因為SMA 的相變發生在一定溫度范圍而不是某一固定溫度點,我們往往只利用一部分形狀回復,使機械裝置定位于指定的位姿。微型機器人、昆蟲型生物機械、機器人手抓及微型調節器、筆尖記錄器及醫用內窺鏡都屬于這一類。形狀記憶合金用作機器智能人的執行器,集傳感、控制、換能、制動于一身,具有仿真性好、控制靈活、動作柔順、無振動噪聲、易于結構微型集成化等優點。日本的日立公司已研制出具有13個自由度的能揀取雞蛋的機器人。俄羅斯St1Petersburg 機器人及控制技術學院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基礎上,研制出了擬人機械手(115m 長),其手爪能移動200kg的物體。該研究小組還給出了手爪的精確控制系統。醫學上用到的具有多自由度能彎曲轉入腸道內診斷疾病,進行手術的機器人也屬于這一類型。現有的大腸鏡的直徑為10～20mm ,這種內窺鏡的直徑為13mm ,因此它特別適用于作大腸鏡。診斷過程中,醫生一邊看纖維鏡中的圖象,一邊移動操縱桿給出前端的第1 ,2 節彎曲角指令和內窺鏡前進、后退指令,通過計算機進行柔性控制,使內窺鏡能夠平滑地沿著通路前進或后退,大大減小了患者的痛苦,也增加了診斷的準確性。隨著目前超大規模集成電路技術的飛速發展,可進一步制成微米級甚至更小的超微仿生物。(5)超彈性應用。

SMA 的偽彈性在醫學上和日常生活中得到了廣泛的應用,市場上的很多產品都應用了SMA 的偽彈性(超彈性)性質。主要有牙齒嬌形絲、人工關節用自固定桿、接骨用超彈性Ni2Ti 絲、玩具及塑料眼鏡鏡框等。Ni2Ti 絲用于嬌形上,即使應變量高達10 %也不會產生塑性變形,而且應力誘發馬氏體相變的過程中,應變增大較多時矯正力卻增加很少。故能保持適宜的矯正力,既可保證療效,也可減輕患者的不適感。

三、存在的問題和研究方向

在SMA 的研究和應用中,目前尚存在許多有待解決的問題,例如:(1)由于SMA 的各種功能均依賴于馬氏體相變,需要不斷對其加熱、冷卻及加載、卸載,且材料變化具有遲滯性,因此SMA 只適用于低頻(10Hz 以下)窄帶振動中,這就大大限制了材料的應用。

(2)SMA 自身存在損傷和裂紋等缺陷,如何克服這些缺陷,改善材料性能是當前迫切需要解決的問題。

(3)現有的SMA 機構模型在實際工程應用中都還存在一些缺陷,如何克服這些缺點,從而精確地模擬出SMA 的材料行為也是一個需要研究的重要課題;(4)在醫學應用方面,還需繼續研究SMA 的生物相容性和細胞毒性。

(5)SMA 作為一種新型功能材料,其加工和制備工藝較難控制,目前還沒有形成一條SMA 自動生產線,此外材料成本也相當昂貴。

(6)為了提高應用水平,SMA 元器件還需要進一步微型化,提高反應速度和控制精度,在這方面仍有許多工作要做。

SMA 研究今后的發展方向和趨勢可歸納為以下幾方面:(1)充分發掘、改進和完善現有SMA 的性能;(2)研究開發新的具有形狀記憶效應的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究與應用;(4)SMA 智能復合材料的研究與開發;(5)高溫SMA 的開發。

四、前景展望

在形狀記憶合金的實用化進程中,急需積累并分析關于材料特性、功能可靠性、生物相容性和細胞毒性等方面的基礎數據資料。可以預言,隨著對SMA 研究的進一步深化,傳統的機電一體化系統完全有可能發展成為材料電子一體化系統。用途：航天領域在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5厘米以下的小團，放入阿波羅11號的艙內，在月面上經太陽光的照射加熱使它恢復到原來的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運送體積龐大的天線了。1)汽車：后霧燈罩、手動變速箱的防噪音裝置、燃料蒸發氣體排出控制閥；(2)電子設備：電子爐灶換氣門的開閉器、空調風向自動調節器、咖啡牛奶沸騰感知器、電飯鍋壓力調節器、電磁調理器過熱感知器、溫泉浴池調理器等；(3)安全器具：過熱報警器、火災報警器、煙灰缸滅火栓等；(4)醫療方面：人工牙根、牙齒矯正絲、導線等；(5)生活用品：自動干燥庫門開閉器、衛生間洗滌器水管轉換開關、空調進出口風向調節器、浴池保溫器、玩具、路標方向指示轉換器、家庭換氣門開閉器、防火擋板、凈水器熱水防止閥、恒溫箱混合水栓溫度調節閥、眼鏡固定件、眼鏡框架、胸罩絲、釣魚線、便攜電話天線、裝飾品等。

五、結語

記憶合金目前已發展到幾十種，在航空、軍事、工業、農業、醫療等領域有著用途，而且發展趨勢十分可觀。這些研究表明我們已經做出了一個邁步，但我們需要將這一步邁的更大。加以時日，它將大展宏圖、造福于人類。崔海寧.形狀記憶合金在建筑領域中的應用[J].山西建筑, 20062 高志剛.形狀記憶合金的應用[J].現代制造技術與裝備, 20073 吳根華.形狀記憶合金及其應用[J].安慶師范學院學報(自然科學版), 20044 周海鋒.形狀記憶合金及其應用[J].機電設備, 20025 王永前，趙連城.高溫形狀記憶合金研究進展[J].功能材料, 19956 楊凱,辜承林.形狀記憶合金的研究與應用[J].金屬功能材料, 2000 7 李建忱，呂曉霞，蔣青，周明.形狀記憶合金研究的回顧與前瞻[J].吉林工業大學學報, 1995 8 張紅，王小杰，涂水華.形狀記憶合金及其應用[J].河南科技, 19969 曹運紅.形狀記憶合金的發展及其在導彈與航天領域的應用[J].飛航導彈, 200010 肖恩忠.形狀記憶合金的應用現狀與發展趨勢[J].工具技術, 200511 劉建輝, 李寧, 文玉華.形狀記憶合金的應用[J].機械,2001 , 28(3): 56～58

第三篇：新型智能材料(形狀記憶合金)論文

新型智能材料(形狀記憶合金)論文

高分子形狀記憶合金的發展及趨勢

摘要：本論文主要討論形狀記憶合金相關內容,扼要地敘述了形狀記憶合金的發現以及發展歷史和分類, 介紹了形狀記憶合金在工程中應用的現狀以及發展前景。

一、引言

二、形狀記憶合金(Shape Memory Alloy ,SMA)是指具有一定初始形狀的合金在低溫下經塑性形變并固定

成另一種形狀后,通過加熱到某一臨界溫度以上又可恢復成初始形狀的一類合金。形狀記憶合金具有的能夠記住其原始形狀的功能稱為形狀記憶效應(Shape Memory Effect ,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。到目前為止,應用得最多的是Ni2Ti 合金和銅基合金(CuZnAl 和CuAlNi)。

形狀記憶合金作為一種特殊的新型功能材料,是集感知與驅動于一體的智能材料,因其功能獨特,可以制作小巧玲瓏、高度自動化、性能可靠的元器件而備受矚目,并獲得了廣泛應用。

二、形狀記憶合金的發展史

1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。

1938年。當時美國的在Cu-Zn合金小發現了馬氏體的熱彈件轉變。隨后，前蘇聯對這種行為進行了研究。1951年美國的Chang相Read在Au47·5Cd(％原子)合金中發現了行狀記憶效應。這是最早觀察到金屬形狀記憶效應的報道。數年后，Burkhart 在In-Ti 合金中觀察到同樣的現象。然而在當時，這些現象的發現只被看作是個別材料的特殊現象而未能引起人們足夠的興趣和重視。直至1962年，美國海軍機械研究所r發現了Ni-Ti合金中的的形狀記憶效應，才開創了“形狀記憶”的實用階斷。

1969年，美國一家 公司首次將Ni-Ti合金制成管接頭應用于美國F14 戰

斗機上；1970年，美國將Ti-Ni記憶合金絲制成宇宙飛船用天線。這些應用大大激勵了國際上對形狀記憶合金的研究與開發。20世紀7 年代，相繼開發出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形狀記憶合金；80 年代開發出了Fe-Mn-Si 基、不銹鋼基等鐵基形狀記憶合金，由于其成本低廉、加工簡便而引起材料工作者的極大興趣。從20世紀90 年代至今，高溫形狀記憶合金、寬滯后記憶合金以及記憶合金薄膜等已成為研究熱點。

從SMA 的發現至今已有四十余年歷史，美國、日本等國家對SMA 的研究和應用開發已較為成熟，同時也較早地實現了SMA 的產業化。我國從上世紀70 年代末才開始對SMA 的研究工作，起步較晚，但起點較高。在材料冶金學方面，特別是實用形狀記憶合金的煉制水平已得到國際學術界的公認，在應用開發上也有一些獨到的成果。但是，由于研究條件的限制，在SMA 的基礎理論和材料科學方面的研究我國與國際先進水平尚有一定差距，尤其是在SMA 產業化和工程應用方面與國外差距較大。

記憶合金主要分為以下幾種

（1）單程記憶效應：

形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。

（2）雙程記憶效應：

某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。

（3）全程記憶效應：

加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應。SMA的形狀記憶效應源于熱彈性馬氏體相變，這種馬氏體一旦形成，就會隨著溫度下降而繼續生長，如果溫度上升它又會減少，以完全相反的過程消失。兩項自由能之差作為相變驅動力。兩項自由能相等的溫度T0稱為平衡溫度。只有當溫度低于平衡溫度T0時才會產生馬氏體相變，反之，只有當溫度高于平衡溫度T0時才會發生逆相變。

在SMA中，馬氏體相變不僅由溫度引起，也可以由應力引起，這種由應力引起的馬氏體相變叫做應力誘發馬氏體相變，且相變溫度同應力呈線性關系。

至今為止發現的記憶合金體系

Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

形狀記憶合金的歷史只有70多年，開發迄今不過20余年，但由于其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為“神奇的功能材料”，其實用價值相當廣泛，其應用范圍涉及機械、電子、化工、宇航、能源和醫療等許多領域.二、形狀記憶效應的應用

迄今為止,形狀記憶合金在空間技術、醫療器械、機械器具、電子設備、能源開發、汽車工業及日常生活各方面都得到了廣泛的應用,總的來說,按使用特性的不同,可歸納為下面幾類:

(1)自由回復。

SMA 在馬氏體相時產生塑性形變,溫度升高自由回復到記憶的形狀。自由回復的典型例子是人造衛星的天線和血栓過濾器。美國航空航天局(NASA)將Ti2Ni 合金板或棒卷成竹筍狀或旋渦狀發條,收縮后安裝在衛星內。發射衛星并進入軌道后,利用加熱器或太陽能加熱天線,使之向宇宙空間撐開。血栓過濾器把Ni2Ti 合金記憶成網狀,低溫下拉直,通過導管插入靜脈腔,經體溫加熱后,形狀變為網狀,可以阻止凝血塊流動。有人設想,利用形狀記憶合金制作宇宙空間站的可展機構,即以小體積發射,于空間展開成所需的形狀,這是很有吸引力的機構。

(2)強制回復。

強制回復最成功的例子是SMA 管接頭。事先把內徑加工成比被接管外徑小4 % ,當進行連接操作時,首先把管接頭浸泡在液態空氣中,在低溫保溫狀態下擴徑后,把被接管從兩端插入,升高溫度,內徑回復到擴徑前的狀態,把被接管牢牢箍緊。利用SMA 制作的腦動脈瘤夾可夾住動脈瘤根部,防止血液流入,使動脈瘤缺血壞死。本田等人用厚度為015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 復合夾滿足小而輕、裝卸簡便等要求,效果良好。此外,類似的用途還有電源連接器、自緊固螺釘、自緊固夾板、固定銷、密封墊圈、接骨板和脊柱側彎嬌形哈倫頓棒等。

(3)動力裝置。

有些應用領域,要求形狀記憶元件在多次循環往復運動中對外產生力的作

用。溫度繼電器和溫度保持器、自動干燥箱、電子灶、熱機、衛星儀器艙窗門自動啟閉、自動火警警報器、熱敏閥門、液氨泄漏探測器、煤氣安全閥、通風管道緊急啟動閘門、自動收進煙頭的煙灰盒及人工心臟等都屬于這種應用類型。1997 年美國航空航天局(NASA)的科學家利用長3cm ,直徑0115mm(01006″)的Ni-Ti SMA 驅動火星探測器上的太陽能電池擋板,加熱SMA ,使其收縮,通過傳動裝置,打開太陽能電池上的玻璃擋板,電池充電。充電結束后,偏置彈簧重新使擋板復位。擋板的有效開合可起到防塵的目的。(4)精密控制。

因為SMA 的相變發生在一定溫度范圍而不是某一固定溫度點,我們往往只利用一部分形狀回復,使機械裝置定位于指定的位姿。微型機器人、昆蟲型生物機械、機器人手抓及微型調節器、筆尖記錄器及醫用內窺鏡都屬于這一類。形狀記憶合金用作機器智能人的執行器,集傳感、控制、換能、制動于一身,具有仿真性好、控制靈活、動作柔順、無振動噪聲、易于結構微型集成化等優點。日本的日立公司已研制出具有13個自由度的能揀取雞蛋的機器人。俄羅斯St1Petersburg 機器人及控制技術學院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基礎上,研制出了擬人機械手(115m 長),其手爪能移動200kg的物體。該研究小組還給出了手爪的精確控制系統。醫學上用到的具有多自由度能彎曲轉入腸道內診斷疾病,進行手術的機器人也屬于這一類型。現有的大腸鏡的直徑為10～20mm ,這種內窺鏡的直徑為13mm ,因此它特別適用于作大腸鏡。診斷過程中,醫生一邊看纖維鏡中的圖象,一邊移動操縱桿給出前端的第1 ,2 節彎曲角指令和內窺鏡前進、后退指令,通過計算機進行柔性控制,使內窺鏡能夠平滑地沿著通路前進或后退,大大減小了患者的痛苦,也增加了診斷的準確性。隨著目前超大規模集成電路技術的飛速發展,可進一步制成微米級甚至更小的超微仿生物。(5)超彈性應用。

SMA 的偽彈性在醫學上和日常生活中得到了廣泛的應用,市場上的很多產品都應用了SMA 的偽彈性(超彈性)性質。主要有牙齒嬌形絲、人工關節用自固定桿、接骨用超彈性Ni2Ti 絲、玩具及塑料眼鏡鏡框等。Ni2Ti 絲用于嬌形上,即使應變量高達10 %也不會產生塑性變形,而且應力誘發馬氏體相變的過程中,應變增大較多時矯正力卻增加很少。故能保持適宜的矯正力,既可保證療

效,也可減輕患者的不適感。

三、存在的問題和研究方向

在SMA 的研究和應用中,目前尚存在許多有待解決的問題,例如:(1)由于SMA 的各種功能均依賴于馬氏體相變,需要不斷對其加熱、冷卻及加載、卸載,且材料變化具有遲滯性,因此SMA 只適用于低頻(10Hz 以下)窄帶振動中,這就大大限制了材料的應用。

(2)SMA 自身存在損傷和裂紋等缺陷,如何克服這些缺陷,改善材料性能是當前迫切需要解決的問題。(3)現有的SMA 機構模型在實際工程應用中都還存在一些缺陷,如何克服這些缺點,從而精確地模擬出SMA 的材料行為也是一個需要研究的重要課題;

(4)在醫學應用方面,還需繼續研究SMA 的生物相容性和細胞毒性。

(5)SMA 作為一種新型功能材料,其加工和制備工藝較難控制,目前還沒有形成一條SMA 自動生產線,此外材料成本也相當昂貴。

(6)為了提高應用水平,SMA 元器件還需要進一步微型化,提高反應速度和控制精度,在這方面仍有許多工作要做。

SMA 研究今后的發展方向和趨勢可歸納為以下幾方面:

(1)充分發掘、改進和完善現有SMA 的性能;(2)研究開發新的具有形狀記憶效應的合金材料;(3)SMA 薄膜的研究與應用;(4)SMA 智能復合材料的研究與開發;(5)高溫SMA 的開發。

四、前景展望

在形狀記憶合金的實用化進程中,急需積累并分析關于材料特性、功能可靠性、生物相容性和細胞毒性等方面的基礎數據資料。可以預言,隨著對SMA 研究的進一步深化,傳統的機電一體化系統完全有可能發展成為材料電子一體化系統。

?

用途：航天領域在室溫下用形狀記憶合金制成拋物面天線，然后把它揉成直徑5厘

米以下的小團，放入阿波羅11號的艙內，在月面上經太陽光的照射加熱使它恢復到原來的拋物面形狀。這樣就能用空間有限的火箭艙運送體積龐大的天線

了。1)汽車：后霧燈罩、手動變速箱的防噪音裝置、燃料蒸發氣體排出控制閥；(2)電子設備：電子爐灶換氣門的開閉器、空調風向自動調節器、咖啡牛奶沸騰感知器、電飯鍋壓力調節器、電磁調理器過熱感知器、溫泉浴池調理器等；(3)安全器具：過熱報警器、火災報警器、煙灰缸滅火栓等；(4)醫療方面：人工牙根、牙齒矯正絲、導線等；(5)生活用品：自動干燥庫門開閉器、衛生間洗滌器水管轉換開關、空調進出口風向調節器、浴池保溫器、玩具、路標方向指示轉換器、家庭換氣門開閉器、防火擋板、凈水器熱水防止閥、恒溫箱混合水栓溫度調節閥、眼鏡固定件、眼鏡框架、胸罩絲、釣魚線、便攜電話天線、裝飾品等。

五、結語

記憶合金目前已發展到幾十種，在航空、軍事、工業、農業、醫療等領域有著用途，而且發展趨勢十分可觀。這些研究表明我們已經做出了一個邁步，但我們需要將這一步邁的更大。加以時日，它將大展宏圖、造福于人類。

參考文獻：

崔海寧.形狀記憶合金在建筑領域中的應用[J].山西建筑, 20062 高志剛.形狀記憶合金的應用[J].現代制造技術與裝備, 20073 吳根華.形狀記憶合金及其應用[J].安慶師范學院學報(自然科學版), 20044 周海鋒.形狀記憶合金及其應用[J].機電設備, 20025 王永前，趙連城.高溫形狀記憶合金研究進展[J].功能材料, 19956 楊凱,辜承林.形狀記憶合金的研究與應用[J].金屬功能材料, 2000 7 李建忱，呂曉霞，蔣青，周明.形狀記憶合金研究的回顧與前瞻[J].吉林工業大學學報, 1995 8 張紅，王小杰，涂水華.形狀記憶合金及其應用[J].河南科技, 19969 曹運紅.形狀記憶合金的發展及其在導彈與航天領域的應用[J].飛航導彈, 200010 肖恩忠.形狀記憶合金的應用現狀與發展趨勢[J].工具技術, 200511 劉建輝, 李寧, 文玉華.形狀記憶合金的應用[J].機械,2001 , 28(3): 56～58

第四篇：國內銅基形狀記憶合金研究與應用概況(智能傳輸材料系列之一)

智能傳輸材料系列之一

國內銅基形狀記憶合金研究與應用概況

一、概述

銅基形狀記憶合金因制造加工容易，價格便宜，具有良好的記憶性能，相變點在一點溫度范圍內可調節等優點，成為形狀記憶合金領域研究和使用的熱點。

銅基形狀記憶合金主要由銅-鋅（Cu-Zn）和銅-鋁（Cu-Al）兩個二元系發展而來。現在通過第三元素加入，有效地提高形狀形狀記憶合金的相變溫度，發展出一系列Cu-Zn-X，Cu-Al-X（X為其他金屬元素）三元合金。經梳理，現已發現具有形狀記憶效應的合金至少有以下幾種：

銅-鋅（Cu-Zn）、銅-鋁（Cu-Al）、銅-鋅-鋁（Cu-Zn-Al）、銅-鋅-鎳（Cu-Zn-Ni）、銅-鋅-錳（Cu-Zn-Mn）、銅-鋅-鈹（Cu-Zn-Be）、銅-鋅-錫（Cu-Zn-Sn）、銅-鋅-硅（Cu-Zn-Si）、銅-鋅-鍺（Cu-Zn-Ge）、銅-鋁-鎳（Cu-Al-Ni）等。

其中銅-鋅-鋁、銅-鋅-鎳已商品化，銅-鋅-錳、銅-鋅-鈹正在商品化。

二、科研實力分析

以下從2015、2014、2013年以來在國內期刊發表文章及在國家知識產權局申請與授權專利兩個方面具體分析銅基形狀記憶合金各高校、科研院所與企業的研究與應用情況。

從知網、維普、萬方數據庫關鍵詞“銅&（且）形狀記憶合金” 搜索結果來看，表1：

領域與方向 冶金工程 機械工程 核科學與技術 土木工程 兵器科學與技術 航空宇航 建筑學 臨床醫學 化學工程與技術 力學 化學 物理 其他 2015年（篇）28 12 11 8 319 5 7 46 141

2014年（篇）98 52 21 1912 13 52 1631-61 40 89 49 52 180 879 注：因2015年部分期刊還未刊登電子版，檢索會不全面。

從核心文章被引用次數及文章數目來看，集中在中南大學（譚樹松，22篇，被引99次）、西北有色金屬研究院（楊冠軍，121篇，被引817次）、廣東工業大學（黎沃光，53篇，被引344次）、華中理工大學（鄒靜，15篇，被引136次）、哈爾濱工業大學（雷廷權、趙連城）、上海交通大學（徐祖耀）、大連理工大學（楊大智、梁成浩）、江蘇大學等。另外，中南大學出版目前國內唯一專門圖書《銅基形狀記憶合金材料》。

從上述高校及科研院所進一步檢索，2015年以來，中南大學（含合并前中南工業大學）發163篇，西北有色金屬研究院151篇，清華大學123篇，浙江大學114篇，華中理工大學101篇，北京科技大學56篇，哈爾濱工業大學59篇，江蘇大學39篇。本省合肥工業大學35篇。

截止2016年2月4日，從國家知識產權局專利檢索關鍵詞“銅形狀記憶合金” 搜索結果來看，總合計專利8件。表2：

申請日期

2015.5.12 2015.02.04 2012.08.30 2011.08.03 2008.01.24 2007.10.24 2005.12.22 1990.05.31

專利名稱

一種銅基形狀記憶合金及其制備方法和用途 多孔銅基形狀記憶合金的等徑角擠扭法制備工藝 多孔銅基形狀記憶合金基阻尼復合材料的制備方法 高性能銅基形狀記憶合金材料

連續鑄造銅基形狀記憶合金絲的設備及其方法

熱型連鑄獲得的銅基形狀記憶合金的超彈記憶熱處理方法 寬滯后銅基形狀記憶合金管接頭制備方法 銅基形狀記憶合金

申請（專利）人

無錫源創機械科技有限公司 九江學院 河北工業大學

界首市楓慧金屬有限公司 黎沃光

江陰中裕科技發展有限公司 中南大學

甘肅省機械科學研究院

截止2016年2月4日，從國家知識產權局專利檢索關鍵詞“銅基記憶” 搜索結果來看，總合計專利7件。表3：

申請日期

2015.05.19 2015.05.19 2013.08.16 2013.08.09 2013.08.04 2013.08.04 2013.03.29

專利名稱

一種銅基記憶合金補貼管及其制備方法、補貼方法和用途 一種銅基記憶合金補貼管

提高Ms為66℃的銅基記憶合金滯回耗能的熱處理工藝 銅基記憶合金在酸性介質下滾動磨損性能的熱處理方法 Ms為130℃的銅基記憶合金滯回耗能的熱處理工藝 提高冷熱循環下銅基記憶合金塑性滯回耗能的熱處理工藝 一種制備銅基記憶合金的分級淬火工藝

申請（專利）人

無錫源創機械科技有限公司 無錫源創機械科技有限公司 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司 鎮江憶諾唯記憶合金有限公司 合肥工業大學；界首市楓慧金屬有限公司

截止2016年2月4日，從國家知識產權局專利檢索關鍵詞“銅-鋅-鋁” 搜索結果來看，總合計專利1件。

表4：

申請日期

1990.01.05

專利名稱

可加工成型的金-銅-鋅-鋁形狀記憶合金及其制造方法

申請（專利）人

中山大學

截止2016年2月4日，從國家知識產權局專利檢索關鍵詞“銅-鋁” 搜索結果來看，總合計專利1件。

表5：

申請日期

2007.07.20

專利名稱

銅-鋁-錳-鈹記憶超彈性合金及其生產方法

申請（專利）人

江陰中裕科技發展有限公司

三、相關高校與企業概況及研究方向

1、中南大學

中南大學由原湖南醫科大學、長沙鐵道學院與中南工業大學于2000年4月合并組建而成。而中南工業大學是中國有色金屬工業總公司直屬高校，在有色金屬科研領域有著雄厚的實力。該校材料科學與工程學院，擁有材料科學與工程國家一級重點學科，及三個3個國家二級重點學科，并與粉末冶金研究院共建“粉末冶金國家重點實驗室”和“輕質高強國防重點實驗室”，擁有教育部“有色金屬材料科學與工程重點實驗室”和湖南省“有色、稀有金屬材料科學與工程重點實驗室”以及科技部“中俄新材料產業化技術中心”和“中澳輕金屬國際研究中心”，并于2013年首批進入國家2011協同創新中心計劃。現有中國科學院院士1人，中國工程院院士3人，“973計劃”項目首席科學家2人次、外專千人學者、千人學者3人。學院在院博士后、博士生、碩士生近1000人。

從搜索文章及專利分析，該校在銅基形狀記憶合金領域研究方向集中在冶金工程方面，尤其是制備、高溫及相變研究、耐熱性、繼電器用彈性減振復合板、彈簧元件等。

2、西北有色金屬研究院

西北有色金屬研究院是我國重要的稀有金屬材料研究基地和行業技術開發中心、是國內稀有金屬科研生產基地、稀有金屬材料加工國家工程研究中心、金屬多孔材料國家重點實驗室、超導材料制備國家工程實驗室、中國有色金屬工業西北質量監督檢驗中心、層狀金屬復合材料國家地方聯合工程研究中心等的依托單位，地處西安。現有資產總值65.97億元，正式職工2977人，中國工程院院士1人，教授、高工200多人。

該院已成為一個由具有較強綜合科技實力的國家級重點研究院、工程研究中心和若干產業化公司組成的大型科技集團，形成了基礎研究、工程化和產業化“三位一體”的發展模式。已組建了15個研究所及中心，建設了23個和省級研究中心及平臺，共獲得1100余項科研成果獎和860項專有與專利技術。同時，研究院加強成果轉化及工程化工作，共開發試制新產品10000多項。還十分注重科技產業化進程，發起組建了25個控股參股的高新技術企業，形成了國內最大的稀有金屬新材料科研、生產基地。2014年全院綜合收入76.32億元。

從搜索文章及專利分析，該院在銅基形狀記憶合金領域研究方向集中在冶金與機械工程方面，尤其是汽車上使用、軋制、熱處理、記憶薄膜、相變、時效及熱循環、及稀有金屬的添加對銅基形狀記憶合金的影響。

3、清華大學

清華大學材料學院師資力量雄厚，現有教授/研究員44人（含兩院院士7人，千人計劃5人）。學院設有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室﹑先進材料教育部重點實驗室﹑先進成形制造教育部重點實驗室、北京電子顯微鏡中心、“先進材料”國家實驗教學示范中心、材料科學與工程研究院中心實驗室等國內一流的教學科研平臺。

清華大學的銅基形狀記憶合金研究側重于醫學及核科學與技術。

4、浙江大學 浙江大學材料科學與工程學院現有一個國家一級重點學科，并建有硅材料國家重點實驗室、表面與結構改性無機功能材料教育部工程研究中心、浙江省電鏡中心、浙江省電池新材料與應用技術研究重點實驗室、浙江省新型信息材料技術研究重點實驗室。有中國科學院院士2人，國家千人計劃專家5人，浙江省特級專家3人，教育部“長江學者” 4人、國家杰出青年基金獲得者6人。

浙江大學的研究側重于合金的記憶性能、合金彈簧元件形狀記憶衰減、耐腐蝕性、力學性能、傳感器技術、溫控閥門、密封件等。

5、合肥工業大學

該校材料學院擁有一級學科博士點及3 個安徽省重點學科。學院擁有有色金屬與加工技術國家地方聯合工程研究中心，教育部高性能銅合金材料及成形加工工程研究中心、機械工業銅合金及成形加工重點實驗室、安徽省有色金屬成形加工工程實驗室、安徽省粉末冶金工程技術研究中心、安徽省先進功能材料與器件重點實驗室等6 個學科基地。其中教授、研究員31 人，其中有教育部長江學者特聘教授1 人，國家優秀青年基金獲得者1 人。

合肥工業大學的研究側重在先進電子功能材料方面，相變內耗、熱處理、耐熱性、力學性能、焊接等。

6、安徽界首市楓慧金屬有限公司

安徽楓慧金屬股份有限公司是一家以生產鋁板、涂層鋁卷、鋁塑復合板以及高性能銅基形狀記憶合金、高強度鋁合金研發為主的現代化企業，2007年公司建成投產，總投資8000萬元。現已建成標準生產廠房及配套車間28000平方米，年可生產、加工各種鋁板帶5萬噸，以及涂層鋁卷、鋁塑復合板等8萬噸，年出口創匯1億美元。二期項目實施后可年產3萬噸鋁板帶和鋁箔高效生產項目及“新型高性能形狀記憶合金材料及元件”研發項目。

7、無錫創源機械有限公司

公司始創于1985年，主要從事自動扣壓機、液壓油管總成的專業生產企業，該公司在液壓系統和氣動自動化領域里有相當的設計和制造經驗，產品遠銷全球36國家和地區。

第五篇：形狀記憶高分子介紹

形狀記憶高分子介紹

（一）、定義

形狀記憶高分子（Shape Memory Polymer）SMP材料是指具有初始形狀的制品，在一定的條件下改變其初始形狀并固定后,通過外界條件（如熱、光、電、化學感應）等的刺激，又可恢復其初始形狀的高分子材料。

（二）、聚合物形狀記憶機理

高聚物的各種性能是其內部結構的本質反映，而聚合物的形狀記憶功能是有其特殊的內部結構決定的。目前開發的形狀記憶聚合物一般是有保持固定成品形狀的固定相和在某種溫度下能可逆的發生軟化—硬化的可逆相組成。固定相的作用是初始形狀的記憶和恢復，第二次變形和固定則是有可逆相來完成。固定相可以是聚合物的交聯結構、部分結晶結構、聚合物的玻璃態或分子鏈的纏繞等。可逆相則為產生結晶與結晶熔融可逆變化的部分結晶相，或發生玻璃態與橡膠態可逆轉變（玻璃化溫度Tg）的相結構。

1． 形狀記憶原理

形狀記憶性是指某種材料在成型加工過程中形成某種固有形狀的物品，在某些條件下發生變形并被固定下來后，當需要它時只要對它施加一定手段（如加熱，光照，通電，化學處理等），使其迅速恢復到初始形狀。

也就是說，具有形狀記憶性的物質就像有生命的東西，當其在成型加工中被塑造成具有某種固有的初始形狀的物品后，就對自己所獲得的這種初始形狀始終保持有終生記憶的特殊功能，即使在某些情況下被迫改變了本來面目，但只要具備了適當的條件，就會迅速恢復到原有的初始形狀。

這種可逆性的變化可循環往復許多次，甚至幾萬次。高分子材料的形狀記憶性，是通過它所具有的多重結構的相態變化來實現，如結晶的形成與熔化，玻璃化與橡膠態的轉化等。迄今開發的形狀記憶高分子材料都具有兩相結構，即能夠固定和保持其成型物品固有初始形狀的固定相以及在一定條件下能可逆地發生軟化與固化，從而獲得二次形狀的可逆相。這兩相結構的實質就是對應著形狀記憶高分子內部多重結構中的結點（如大分子鍵間的纏繞處，聚合物中的晶區，多相體系中的微區，多嵌段聚合物中的硬段，分子鍵間的交聯鍵等）和這些結點之間的柔性連段。

簡言之，就是由固定相或稱硬相(hard domain)和軟化-硬化可逆相或稱軟相(soft domain)構成，通過可逆相的可逆變化而具有形狀記憶效應。