Vì sao kim loại có khả năng ghi nhớ

Vào năm 1961, ở Mỹ có một nhân viên kỹ thuật đã lấy từ kho một cuộn dây hợp kim niken – titan, anh ta uốn thẳng cuộn dây thành một thanh thẳng, sau đó đem đặt thanh niken – titan gần một lò lửa, anh ta phát hiện một sự kỳ lạ: sợi dây kim loại lại trở lại dạng cong như cũ, dường như ở đây kim loại có “trí nhớ” vậy. Anh cán bộ kỹ thuật hết sức thú vị về phát hiện của mình. Anh ta lặp lại thí nghiệm nhiều lần và nhận được kết quả như nhau. Sau này người ta còn phát hiện được nhiều hợp kim cũng có “trí nhớ”, ví dụ hợp kim của cadimi, hợp kim của đồng, nhôm, niken.

Vì sao hợp kim này lại có “khả năng nhớ” như vậy? Khi nghiên cứu kỹ hơn người ta thấy khả năng “ghi nhớ” của hợp kim có liên quan đến cấu tạo bên trong của nó. Nói chung, ở các điều kiện khác nhau, các tinh thể có cấu trúc khác nhau. Ở nhiệt độ tương đối thấp các tinh thể của hợp kim có cấu trúc không ổn định. Khi tăng nhiệt độ quá một nhiệt độ xác định nào đó, tinh thể sẽ chuyển sang dạng cấu trúc ổn định, nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ chuyển biến cấu trúc. Đó là lý do tại sao hợp kim niken – titan đã lấy lại dạng cong ban đầu khi tăng nhiệt độ. Với sợi hợp kim niken – titan nếu đem chế tạo thành hình dáng xác định, sau đó tăng nhiệt độ đến 150 ⁰C rồi lại làm lạnh, dùng ngoại lực thay đổi hình dạng của sợi dây, lúc này sợi dây đang ở trạng thái có cấu trúc tinh thể không ổn định. Bây giờ nếu gia nhiệt sợi dây đến nhiệt độ chuyển biến cấu trúc (95 ⁰C) trở lên, hợp kim niken – titan lại phục hồi trạng thái ổn định ban đầu. Các nhà khoa học gọi đó là hiệu ứng nhớ hình.

Ngày nay hiện tượng này được ứng dụng vào mục đích nghiên cứu khoa học trong công tác thám không. Ví dụ, để thu thập các số liệu về mặt trăng cần phải phản hồi các tư liệu từ mặt trăng về trái đất. Muốn thế phải đặt trên mặt trăng một an ten có dạng như một cái ô lớn (anten parabôn). Làm thế nào đưa được một cái ô lớn như vậy lên mặt trăng? Các nhà khoa học nghĩ đến nguyên lý dương ô dựa vào các kim loại “có trí nhớ”. Trước hết người ta chế tạo một cái ô lớn ở nhiệt độ cao hơn 40 ⁰C. Sau gấp cái ô này thành dạng chiếm một thể tích nhỏ trong bao đựng để có thể đưa vào con tàu vũ trụ và phóng lên mặt trăng. Khi anten đã lên mặt trăng, bao đựng ô mở ra, các sợi hợp kim sẽ nhận được năng lượng mặt trời và nhiệt độ của dây hợp kim sẽ cao hơn 95 ⁰C và anten sẽ phục hồi nguyên trạng hình parabôn vốn có trước đó. Đó quả là điều hết sức kỳ diệu.

Hợp kim có trí nhớ ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn. Các hệ thống truyền dẫn áp lực trên máy bay trước đây thường có hiện tượng rò rỉ dầu, gây sự cố ở các đầu tiếp nối của các ống dẫn gây ảnh hưởng xấu đến việc điều khiển máy bay. Người ta đã dùng hợp kim nhớ hình chế tạo các đầu nối các ống dẫn, không chỉ rất bền mà còn không sợ bị va đập gây biến dạng. Khi cần phục hồi trạng thái ban đầu chỉ cần gia nhiệt chút ít là có thể thực hiện được dễ dàng. Khi dùng hợp kim nhớ hình để chế tạo các đầu nối sẽ tránh được rò rỉ và nhiều sự cố đáng tiếc. Theo thống kê, trên ống phun khí của một máy bay chiến đấu có đến hàng trăm nghìn đầu ống nối .

Người ta cũng sử dụng hợp kim nhớ hình để chế tạo đinh tán. Trước khi sử dụng đinh tán người ta gia công đầu to của đinh tán thành hình trụ thon như nhau, sau đó người ta cho đinh vào lỗ trong điều kiện nhiệt độ thấp. Khi tăng nhẹ nhiệt độ, đầu đinh tán lại nở to như cũ và được giữ chặt vào lỗ.