金屬並不一定“高冷”，只是暖的不是你_風聞

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金屬，給人的感覺都是“一首涼涼送給你”。豈不知，有一種叫做“形狀記憶合金”的金屬材料，在受到外力作用時，還可以發生晶體結構的改變，稱為“馬氏體相變”。相變過程中，不但結構、外形發生變化，連温度都可以升高！當外力去除時，又變回了原來的狀態，温度也隨之降了下來。

圖1 彈熱效應原理示意圖

温升温降的原因是馬氏體相變過程具有很大的“相變潛熱”，表現出吸放熱的物理現象。用力去壓形狀記憶合金，原本冰涼的“酷哥”馬上就會給你一種温暖的感覺，科學家把這種神奇的現象稱作“彈熱效應”。

有的材料如鎳鈦合金，温度升高可達30℃，但是需要很大的外力，通常要4-5個成年人重量壓在3毫米見方面積上的力量，才能驅使這個有些慵懶的傢伙發生相變和温變。巨大的外力載荷無疑是將材料做成可用器件的攔路虎。

圖2 “摺扇狀”的孿晶組織（圖片來源於網絡）

中科院寧波材料所劉劍研究員帶領的“磁性相變材料”團隊，最近在一種磁性形狀記憶合金-鎳鐵鎵中，觀察到只要用鎳鈦合金的十分之一外力就可以把相變喚醒。

這其中的奧秘是，鎳鐵鎵材料的馬氏體結構十分獨特。它內部有細小的微孿晶組織，就像一把摺扇一樣，輕輕一搓就容易打開；再反向一捏就可以合上。對比來説，鎳鈦這種馬氏體組織比較“強硬”，硬拉硬扯才會啓動相變，弄不好還容易被拉撤斷，耐疲勞性能也不好。

圖3 孿晶馬氏體（圖片來源於網絡）

有了低外力誘導温變材料的發現，這種可以變温暖的金屬就更容易貼近生活了。一些科學家已經依據彈熱效應，製造出彈熱製冷原型機，無論是環保、節能，還是降噪，都比現在普遍採用的氣體壓縮製冷要更勝一籌。可以預見，使用鎳鐵鎵磁性形狀記憶合金以後，彈熱冰箱的體積和造價都會減小很多。

更為有趣的是，彈熱效應是純機械製冷制熱，理想情況下，可以不用電驅動，對於户外運動愛好者是個大好消息。未來的登山愛好者，不用揹負重重的蓄電池，只要帶上一個彈熱水杯，上好發條，即可坐等一杯温水出來，暖胃又貼心。

圖4 未來彈熱水杯，上好發條，即可坐等一杯温水出來

圖5 壓力下變熱的彈熱材料

當然，真正讓彈熱材料走進生活的道路還很漫長，材料加工、性能評估和熱系統設計等許多基礎研究工作都需要完善。但人們對未來生活的美好向往是打開科學之門的金鑰匙，也是科研人員的使命所在，相信不久的將來，彈熱金屬會讓更多人感受到它的温暖！

來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所