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今天我們要談一種詭異的材質
使用在太空、機器人、和你嘴裡
它是「形狀記憶合金」
就跟它的名字一樣
這類金屬可以記住不同的形狀
要了解這類金屬的原理
我們必須先談談原子和排列
我們從原子說起
原子是很小的物質,肉眼看不到
但它組成了世界的所有東西
從你坐的椅子、到用的手機都是
原子也有些令人驚奇的行為
待會兒就會談到
先談談原子有多大?
想像從頭上拔下一根頭髮
把它當棍子,削成十萬根細絲
每根絲就大約和原子一樣寬
就是這麼小
接著談原子的排列
你也許不知道 不過原子自己會排列
就像我們人類會自己排列那樣
有時候它們會排排坐
像我們坐公車或搭飛機那樣
我們把這種座位排列稱作「相態」
也有時候它們會斜角坐
像電影院或體育館的座位那樣
這是另一種相態
當原子從一種坐法變成另一種
就叫作「相變」
相變無所不在
你也許聽過水的三相:
固態、液態、還有氣態
許多物質也有類似的相態
有些固體就有數種不同相態
回到我們剛說的形狀記憶合金
當我們說這些金屬 會記住不同的形狀
我們真正的意思是 它們會記住不同的
原子座位排列 當原子重新排列時
金屬會改變形狀
我們來看看,相變怎麼進行
這是根鎳鈦合金的金屬絲
它是種形狀記憶合金
我要改變它的形狀
用打火機的熱量
看著
我先將金屬絲在手指繞幾圈
然後加熱
太神奇了!
加熱後,金屬絲變回直線了
再試一次
我先在手指繞幾圈,然後加熱
沒錯,還是一樣神奇
不只神奇,而且詭異
因為一般金屬不會這樣
我加熱迴紋針,什麼事也沒發生
我們看到的是形狀記憶金屬絲 受熱產生相變
當金屬絲是冷的時候 原子是斜向排列
像剛剛說的電影院座位那樣
我們稱之為「單斜排列」
科學家把這個相態稱作「馬氏體」
當我把金屬絲加熱
原子就變成像飛機座位那樣排排坐
這叫作「立方排列」
科學家則稱為「奧氏體」
所以加熱時 原子就順暢的移動位置
而且永遠會這樣
它們有這種協調運動 就像是個永不疲倦的軍樂隊
每個人都移動一點點 這些小改變加起來
就變成完全不同的隊形
這很酷,但哪裡有用到這些材料?
如果你今晚看看天空
形狀記憶合金正在工作…
在火星的探測車上,移動太陽能板
讓探測車有能量研究環境
就像金屬絲加熱時變直
支撐太陽能板的金屬 用電加熱就會移動
若停止加熱形狀記憶金屬
太陽能板就被彈簧拉回原位
回到地球上,形狀記憶合金 也被用來撐開阻塞的動脈
它叫作「支架」 是個可壓扁的小彈簧
會強迫動脈打開
形狀記憶合金也被用來 移動機器人、
玩具蝴蝶、牙齒矯正器。 且因可以一直保持完美形狀
也用在胸罩下方的金屬絲
「華歌爾」和「黛安芬」的胸罩
丟進烘衣機,就會恢復原來形狀
所以無論在火星、或你嘴裡 原子小小的移動
可造成大大的改變
而對原子行為的了解
使我們可做出讓世界更美好的材質