物理科普
 

有记忆力的神奇合金

时间:2016-04-16  来源:  作者:

  在美国加里福尼亚州的道格拉斯宇航用品公司里,有一台发动机正在运转。它不烧油,不烧天然气也不用电,而是单靠温水就能工作。

  这台发动机的动力部件,是一组用叫做“镍钛诺”的镍和钛的合金制成的环状物。这种合金有可能深刻改变我们这个急于寻求新能源的世界的命运。研制这台发动机的科学家估计,镍钛诺发电,在成本上与用石油、天然气和核燃料发电相比,具有压倒优势。

  近20年来,全世界有几十个实验室,默默地,有时甚至是秘密地,对镍钛诺的性能进行研究。大家公认它是最引人注意的一种金属材料。越来越多的科学家对镍钛诺既感兴趣,又迷惑不解。

  在室温下,一根镍钛诺丝像钢一样坚硬;但一浸入冷水,它就突然变得柔软,一扭就弯。折弯后,可以保持弯度。再浸人热水中时,它会突然像苏醒过来的样子,狠狠地弹回到原来的形状。简而言之,它有一种形状记忆的反应能力,是一种固态能源转换系统,只要由冷变热,每平方英寸就能产生55吨的力量。

  镍钛诺的奇特性质是美国海军军械实验室于1958年发现的。这项发现很偶然。当第一批镍钛诺锭从炉中冶炼出来时,美国海军冶炼合金钢的冶金专家威廉·巴克勒照常拿起两根手指粗细的金属锭互相敲了敲,它们发出单调、哑的声音,毫无值得惊异的地方。但是,几分钟以后,巴克勒发现,另外两根同一批出炉的镍钛诺锭相敲时,却发出银铃般的声响。唯一的区别在于温度:第二对镍钛诺锭刚从炉中取出,温度较高。

  不久以后,在一次美国海军科学家的会议上,巴克勒展示了镍钛诺的另一种特性:无论你把它弯曲多少次,它一点也不表现出通常金属要呈现的“疲劳”现象。同其他合金一样,镍钛诺被弯曲时,弯曲地方的温度升高,恢复原状时,弯曲的地方的温度也随即降低。

  一位与会的科学家在点燃烟斗以后,用打火机把一根弯成蛇腹形的镍钛诺丝烘烤了一下,它立即弹开变直。“这就是事情的转折点,”巴克勒说。

  虽然它具有这些无敌的特性,但一直到1973年,才由加州伯克利的劳伦斯实验室的发明家里奇韦·班克斯利用它获得了一个重要但未引人注意的突破:他制造出一台镍钛诺热能发动机的样机。

  班克斯的新发明是一个平放在中心轴上的轮盘,轮盘的每根辐条上都悬挂着一根u形的镍钛诺丝,其末端都连接着一个能沿辐条滑动的套筒。当u形丝浸入轮下水槽的热水中时,它就弹开,产生的能量推动轮子旋转。

  围观的科学工作者敏锐地预感到这项发明的划时代的意义。当时,劳伦斯实验室主任、诺贝尔奖金获得者埃德温·麦克米伦顺手拿了一只装擦手纸的盒子,挥笔快速计算了一下:这台小机器产生的功率约为半瓦。今天,这个盒子已经成为这台镍钛诺热能机的非正式档案的一部分。

  班克斯使机器连续运转,想对环状镍钛诺丝的疲劳迹象进行观察。奇怪的是,在旋转了几十万圈之后,机器竟然越转越快。原因是镍钛诺将“记忆力”发展成为双程的,它“学会”了在冷水中恢复它原来的u形的形状。这样一来,在水槽的热水一侧镍钛诺弹开时产生的能量,就可以少消耗一些用于压弯水槽冷水一侧的镍钛诺丝,因而净得的能量就增多了。

  美国能源局和世界银行对镍钛资源在全球的分布进行了初步研究,认为这两种元素储量丰富,价格也不贵(每磅10美元左右),同时分布均匀。因此有人认为,到本世纪末,将会出现一个镍钛诺工艺学和镍钛工业;也许在世界上一些地方还会有镍钛诺经济学问世。石油、煤等化学燃料时代的爆裂轰鸣声,将被数以百万计的镍钛诺热能机上的无数镍钛丝、杠杆、圆圈、滑轮、弹簧、叶片、鳍片、皮带轮等连续地在热水和冷水中循环的轻柔的溅水声所代替,通过这种金属晶体的晶格振动产生的某种神秘的力量,使这些金属记忆、忘却,再记忆、再忘却,再记忆……从而取得无限的安全而清洁的再生能源。