根據外媒報導,一個由日本科學家組成的團隊近期宣布,已成功開發出一種新型銅基合金。該合金的突出特性,是其在低至 ?200circC 的極端低溫中,依然能保持其獨特的「形狀記憶」效應,預期可為太空任務及其他酷寒環境的設備設計帶來革命性的變革。
形狀記憶合金是一種能對溫度變化做出反應的智能材料,其作用方式類似於一種「機械記憶泡棉」。在低溫下,此類合金可被彎曲或塑形;一旦被加熱至特定溫度,便會自動恢復到其預設的原始形態。這種特性使它成為製造「致動器」(Actuator)的理想材料,該裝置負責將熱能或電能轉換為精確的機械運動。
此概念的實際應用,類似於能根據室內溫度自動調節的恆溫器,或是太空船中無需人為干預即可自行移動和校準的精密機械。這些應用的成功,均仰賴能夠在不同溫度下做出可預測反應的先進材料。
然而,現有的形狀記憶合金技術在極寒環境下面臨著嚴峻限制。最普及的鎳鈦合金(Nickel-Titanium)在溫度低於 ?20circC 時便會失去其形狀記憶功能。儘管有少數特殊合金能在 ?100circC 以下運作,但其性能與成本效益並不符合實際應用需求。
由於太空設備在任務中經常需要面對遠低於?100circC 的酷寒。例如,在低至 ?223circC 環境中運行的韋伯太空望遠鏡其搭載的精密儀器,極度需要能在深空酷寒中穩定運作的活動元件。
為了解決此難題,來自日本東北大學(Tohoku University)與宇宙航空研究開發機構(JAXA)等多家機構的研究團隊,合作開發出這種新型的銅-鋁-錳(Copper-Aluminum-Manganese)合金。根據其發表的研究,團隊已成功在 ?170circC 的環境下對該合金進行了驗證,證明其可透過在「接觸」與「非接觸」狀態間切換來有效控制熱傳遞,象徵著材料科學領域的一大進步。
研究人員已利用這種新合金製造出一個名為「機械熱開關」的原型裝置,該裝置能依據環境溫度變化自動控制熱量的流動。研究發現,透過微調合金的化學成分比例,可以精確設定其觸發反應的工作溫度,使其能靈活適應不同太空任務的特定熱管理需求。