根据外媒报导,一个由日本科学家组成的团队近期宣布,已成功开发出一种新型铜基合金。该合金的突出特性,是其在低至 ?200circC 的极端低温中,依然能保持其独特的「形状记忆」效应,预期可为太空任务及其他酷寒环境的设备设计带来革命性的变革。
形状记忆合金是一种能对温度变化做出反应的智能材料,其作用方式类似於一种「机械记忆泡棉」。在低温下,此类合金可被弯曲或塑形;一旦被加热至特定温度,便会自动恢复到其预设的原始形态。这种特性使它成为制造「致动器」(Actuator)的理想材料,该装置负责将热能或电能转换为精确的机械运动。
此概念的实际应用,类似於能根据室内温度自动调节的恒温器,或是太空船中无需人为干预即可自行移动和校准的精密机械。这些应用的成功,均仰赖能够在不同温度下做出可预测反应的先进材料。
然而,现有的形状记忆合金技术在极寒环境下面临着严峻限制。最普及的镍??合金(Nickel-Titanium)在温度低於 ?20circC 时便会失去其形状记忆功能。尽管有少数特殊合金能在 ?100circC 以下运作,但其性能与成本效益并不符合实际应用需求。
由於太空设备在任务中经常需要面对远低於?100circC 的酷寒。例如,在低至 ?223circC 环境中运行的韦伯太空??远镜其搭载的精密仪器,极度需要能在深空酷寒中稳定运作的活动元件。
为了解决此难题,来自日本东北大学(Tohoku University)与宇宙航空研究开发机构(JAXA)等多家机构的研究团队,合作开发出这种新型的铜-铝-锰(Copper-Aluminum-Manganese)合金。根据其发表的研究,团队已成功在 ?170circC 的环境下对该合金进行了验证,证明其可透过在「接触」与「非接触」状态间切换来有效控制热传递,象徵着材料科学领域的一大进步。
研究人员已利用这种新合金制造出一个名为「机械热开关」的原型装置,该装置能依据环境温度变化自动控制热量的流动。研究发现,透过微调合金的化学成分比例,可以精确设定其触发反应的工作温度,使其能灵活适应不同太空任务的特定热管理需求。