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武汉理工大学陈一哲副教授综述：形状记忆合金的应用及其特性研究进展
引言：论文基于武汉理工大学陈一哲副教授研究以及国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目等资助，文章综述了形状记忆合金在汽车工业、航空航天、生物医学以及建筑领域的国内外应用前沿，分析了形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性、弹热效应等基本特性的研究进展，探讨了形状记忆合金研究目前存在不足以及未来应用前景和发展方向。
文章发表于《功能材料》2022年第53卷第5期，欢迎引用本文：
陈一哲,杨雨卓,彭文鹏,等.形状记忆合金的应用及其特性研究进展[J].功能材料,2022,53(5):5026-5038.
Chen Y Z,Yang Y Z,Peng W P,et al.Research progress on the application and properties of shape memory alloys[J].Journal of Functional Materials,2022,53(5):5026-5038.
一、全文速览
形状记忆合金是先进工业领域的关键金属智能材料，其特性为在特定温度下可恢复原始形状，其所具有的自感应、超弹性、弹性模量可变等功能是一般金属不具备的。形状记忆合金按合金种类分为Ni-Ti基、Cu基、Fe基三类，除此之外形状记忆复合材料近年来也取得巨大的进步。其中Ni-Ti形状记忆合金起初得益于优越的生物相容性在医学领域取得重大突破后，逐步开始走入大众视野。随着研究人员对形状记忆效应、超弹性效应等合金基础特性认识的不断深入，这种具备独特力学性能的新兴合金引起人们的重视。为了推动我国智能制造事业的发展，响应国家重大战略需求，打破传统结构材料和功能材料之间的鸿沟，解决传统机械连接和传动过程中存在稳定性差、环境适应性差等问题，进行以形状记忆合金为代表的金属智能材料的研究和应用势在必行。
本文在总结文献的基础上，重点分析了形状记忆合金应用较为广泛的汽车领域、航空航天领域、医疗领域和建筑领域的应用前沿，详细阐述了形状记忆合金的主要特征和研究进展，对形状记忆合金在未来发展过程中所面临的机遇和挑战进行了展望，有望为高性能形状记忆合金的研发提供新思路。
二、文章亮点
● 重点介绍了形状记忆合金在汽车控制领域、汽车缓冲抑振领域、空间展开机构、关键管道连接、金血管支架、微创介入领域、骨科领域以及建筑领域的应用。
● 重点分析了形状记忆合金的形状记忆效应、超弹性、高阻尼性、生物相容性以及弹热效应等基本特性。
● 对形状记忆合金特性及其前沿成果进行了详细综述。
三、图文展示
图1 形状记忆合金控制的冷却风扇叶片示意图
图2 形状记忆合金风扇离合器工作原理
图6 形状记忆聚合物卫星展开基板工作示意图
图7 飞机液压管道形状记忆合金管接头连接过程示意图
图10 形状记忆合金的形状记忆效应
图11 形状记忆合金的超弹性效应
四、结语及展望
形状记忆合金由于其形状记忆效应、超弹性、高阻尼性等特性，是未来智能材料的发展方向，在汽车工业、航空航天、医疗、建筑等领域均得到广泛应用。国内外关于形状记忆合金的研究，已经取得了一定进展，面对国家重大战略需求，未来研究有希望在如下方向展开：
（1）在汽车领域，形状记忆合金更多的应用于汽车控制器和被动安全装置，其简单紧凑的机械构造有效的降低了汽车部件的成本、质量和规模，丰富驾驶体验，提高整车安全系数。
（2）在航空航天领域，尤其是在液压管路连接和空间展开机构中，形状记忆合金均显示出无可比拟的优势，在极端环境下保证液压管路的紧密配合，高辐射高温的外太空中完成其他材料难以完成的任务。
（3）在医疗领域，采用形状记忆合金制备的血管支架、骨固定器以及封堵器在现阶段的临床治疗中，短期内均发挥出令人满意的治疗效果，良好的生物相容性使得其几乎不与人体发生明显的排异反应，但合金材料自身富含Ni元素使得其在长期植入过程中不可避免存在Ni离子释放的风险。
形状记忆合金技术经历20多年的飞速发展，在多个领域均取得了较大的突破，已成为金属智能材料系统中最重要的代表，并形成了一个涉及多领域的全新交叉研究学科。从最初合金的形状记忆效应在F-16战斗机液压管道连接中发挥出优异的固定性能，再到该理念延伸至现今医疗领域所制备的骨固定器，形状记忆合金相同的特性却在不同的领域发挥独特的作用。然而现阶段对形状记忆合金资源整合力度不够，因此未来相关研究人员应当注重研究经验总结，加快推动形状记忆合金技术形成完整知识体系。