想必大家都知道那把两千多年不生锈的“神剑”吧！正是1965年，考古学家在湖北江陵县望山楚墓群中发现的越王勾践的青铜剑，继青铜剑之后我国的考古工作中又发现了另外一把神剑，罕见的是，这把青铜剑出土的时候，是被兵马俑压弯的。不仅与越王勾践剑一样，身上没有什么锈迹，令人没想到的是刚将人俑从它身上搬起，剑就已经自己恢复了原状。到底是怎样的金属，好似拥有记忆一般，我们今天就来探究一下其中奥秘吧！

一、”神剑“的“金属记忆”功能

一把被秦俑压弯了两千多年的剑，在挖出的时候突然变直了，就好像专家此前看到的弯曲现象，不过是一场幻觉。然而它确确实实是被压弯的，那这又是什么原理呢？专家在研究之后，证实这把剑是带有“金属记忆”功能的剑。所谓的金属记忆功能，指的是记忆合金，也就是金属在变形之后，在一定的作用下，能够恢复到之前的状态，两千多年前的中国古人，就已经掌握了这种技术，可以说是震惊世界的一大发现。

除了“金属记忆功能”这一项重大的发现，兵马俑坑中发现的这把剑，身上还有着众多难以解开的谜题，别说两千多年不锈。专家经过研究之后，发现了不锈的奥秘，但在两千多年以前，人们是怎么掌握这种技术的，还是有待考证。兵马俑中出土的秦剑，到底是什么合成材料构成，金属记忆功能又是怎么发现的，以古人的科技，又是如何做到？这种种的谜团萦绕至今，而不可否认的是，中国古代先人的科技，再一次震惊众人的眼球。

虽然2000年前的古代人是怎么做到的现在还不为人知，但是通过不断的研究，“记忆金属”的奥秘已经浮出水面。

二、国外“记忆金属”的发现

在1900年左右，奥地利物理学家奥托·华夫纳现了一种铜锌合金，当加热到一定温度时，它会从一个弯曲的形状恢复到其原始的形状，这种铜锌合金的特性被称为“超弹性”。

之后，日本的研究者们发现了一种镍钛合金，它具有类似的形状记忆效应，这种合金被称为“Ti-Ni合金”，也被称为“镍钛记忆合金”。

1958年，美国海军军械实验室冶金师布勒在研究镍—钛（Ni—Ti）合金时无意中发现，在不同温度下镍—钛合金相碰撞时，发出不同的声音。刚从炉子里取出的合金棒相碰撞发出清脆的声音，而冷却到室温后，则发暗哑迟钝的声音。他敏锐地意识到，温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响，但并未注意到是一种记忆现象。后来在1963年的一次实验中，需要用镍—钛合金丝，因为得到的镍—钛合金丝是弯弯曲曲的，使用起来不方便，所以实验前需把这些合金丝一根根拉直，然后做实验。实验开始后，当实验温度上升至一定温度后，研究人员发现被拉直的镍—钛合金丝竟然又恢复了原状。研究人员后来又多次做这个实验,结果都完全相同。

人们又做了许多研究,终于发现,一些合金之所以具有恢复原来形状的本领,是因为随着环境的变化,这些合金内部原子的排列会出现变化。如果温度回到原来的数值,合金内部原子的排列也会回到原来的排列方式,其晶体结构也会因之而出现相应的变化。人们把具有记忆形状能力的合金称作“形状记忆合金”。

不同温度下的镍钛合金

三、”记忆金属“的定义

”记忆金属“学名形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称 SMA）是指具有形状记忆效应、集感知和驱动功能于一体的金属材料。形状记忆效应是在母相状态下加工成一定形状的形状记忆合金冷却到马氏体相状态下，施加外力发生一定程度变形后去除外力，再将该变形合金加热到母相状态后其形状得到恢复的现象。形状记忆合金还具有高阻尼特性、电阻特性、生物相容性、耐磨性能、耐腐蚀性能等。

记忆金属通常是由几种金属元素组成的合金，最常用的是镍钛合金，这种合金具有两个不同的结构相，即“奥氏体相”和“马氏体相”。

奥氏体相是一种稳定的结构相，而马氏体相是一种不稳定的结构相，当记忆金属处于奥氏体相时，它可以被加工成任何形状。

四、形状记忆合金的机理

SMA 的这种热力耦合特性源于其内部晶体的微观相变， SMA 固体状态时一般以下两种相态存在：高温时的奥氏体（Austenite，简称 A）和低温时的马氏体（Martensite，简称 M）。当在温度或应力的诱发下，这两种相发生相互之间转变，即高温 A 可通过降低温度或应力作用下转变为低温 M，相反的低温M 也可通过增加温度或消除应力转变为高温 A。其中转变的低温 M 因诱发原因的不同又分为温度诱发时产生的孪晶马氏体（Twinning Martensite，简称 TM）和应力诱发时产生的去孪晶马氏体（DetwinningMartensite 简称 DM）或应力诱发马氏体（Stress-preference Martensite），图1给出了各相的微观晶格结构平面示意图。除此之外，在特殊情况下，在 A 向 M 转变前，SMA 还可能出现一种介于 A 和 M 之间的R 相。把上述 A 向 M 相变称之为马氏体相变，M 向 A 相变为马氏体逆相变。

形状记忆效应（SME） 是 SMA 在温度诱发和应力诱发共同作用下产生的，如图 2所示。当温度低于 Mf时，SMA 为 TM 相，此时其具有弹性模量低且容易变形的特点，当对其进行等温加载时，SMA 将从 TM 转变为DM，且发生较大的变形，随后除去外力，仅有小部分的弹性变形自由恢复，而大部分的变形不能自由恢复并以残余变形的形式存在。当进一步对存在残余变形的 SMA加热使其温度上升到 Af以上，此时 SMA 将从 DM 转变为 A，残余变形r完全消失，形状恢复到变形前状态， SMA 产生的这种现象被称之为 SME。

五、”记忆金属“的优缺点

记忆金属具有很强的可塑性和形状可控性，可以在外界刺激下改变形状，并在去除刺激后恢复其原始形状，这种金属材料可以被制成各种形状，而在恢复到原始形状时，具有较高的机械力和弹性。

尽管记忆金属具有许多优点，但它也存在一些问题，记忆金属的生产成本较高，因为它需要采用高精度的生产工艺和设备，还有记忆金属的使用寿命也存在一定的限制。

六、“记忆金属”的应用

机械领域

记忆金属最常见的应用之一是在机械领域中，可以制造弹簧、管道、阀门等，记忆金属可以使这些部件具有自适应的形状记忆特性，从而可以在应力变化下保持其原有形状，提高了机械装置的稳定性和性能。

医疗领域

另外，记忆金属还可以用于医疗器械领域，医疗器械需要具有良好的生物相容性和可调性，而记忆金属正好具备这些特点，可以根据患者的体内条件和需要来调整其形状和功能。

其他领域

记忆金属还可以用于航空航天领域、汽车制造领域和电子领域等众多领域，在航空航天领域中，记忆金属可以用于制造形状可变的飞机翼和航空发动机叶片等部件，从而提高飞机的性能和燃油效率。

在汽车领域，记忆金属可以用于制造缓冲器、减震器、弹簧等汽车部件，这些部件可以根据道路条件、车速等因素改变形状，从而减少车辆震动和噪音，提高驾驶舒适度。

虽然记忆金属的历史还相对较短，但随着技术的不断进步和应用领域的扩大，我们可以预见，这种材料将在未来的许多领域中发挥越来越重要的作用，为人类带来更多的福利和发展机会。

文章来源： 夏智若愚，材料科学茶话会，成熟大叔说故事，青橘罐头