Trắc nghiệm phần đọc đề kim loại [229_TEST 45_Passage 3]

Nitinol is one of the most extraordinary metals to be discovered this century. A simple alloy of nickel and titanium, nitinol has some perplexing properties. A metal with a memory, it can be made to remember any shape into which it is fashioned, returning to that shape whenever it is heated.

For example, a piece of nitinol wire bent to form a circle that is then heated and quenched will remember this shape. It may then be bent or crumpled, but on reheating, will violently untwist, reforming its original shape. This remarkable ability is called Shape Memory Effect (SME) other alloys, such as brasses, are known to possess it to a limited extent. No one fully understands SME, and nitinol remains particularly perplexing, for, whenever it performs this peculiar feat, it appears to be breaking the laws of thermodynamics by springing back into shape with greater force than was used to deform it in the first place.

But not only is nitinol capable of remembering, it also has the ability to learn. If the heating – cooling – crumpling – reheating process is carried out sufficiently often and the metal is always crumpled in exactly the same way, the nitinol will not only remember its original shape, but gradually it learns to remember its crumpled form as well, and will begin to return to the same crumpled shape every time it is cooled. Eventually, the metal will crumple and uncrumple, totally unaided in response to changes in temperature and without any sign of metal fatigue.

Engineers have produced prototype engines that are driven by the force of nitinol springing from one shape to another as it alternately encounters hot and cold water. The energy from these remarkable engines is, however, not entirely free: heat energy is required to produce the temperature differences needed to run the engine. But the optimum temperatures at which the metal reacts can be controlled by altering the proportions of nickel to titanium; some alloys will even perform at room temperature. The necessary temperature range between the warm and the cold can be as little as twelve degrees centigrade.

Nitinol là một trong những kim loại đặc biệt nhất được phát hiện trong thế kỷ này. Một hợp kim đơn giản của niken và titan, nitinol có một số đặc tính phức tạp. Một kim loại có bộ nhớ, nó có thể được tạo ra để ghi nhớ bất kỳ hình dạng nào mà nó được tạo thành, trở lại hình dạng đó bất cứ khi nào nó được nung nóng.

Ví dụ, một đoạn dây nitinol được uốn cong để tạo thành một vòng tròn sau đó được nung nóng và dập tắt sẽ ghi nhớ hình dạng này. Sau đó, nó có thể bị uốn cong hoặc nhàu nát, nhưng khi hâm nóng lại, nó sẽ biến dạng dữ dội, biến đổi về hình dạng ban đầu. Khả năng đáng chú ý này được gọi là Hiệu ứng Bộ nhớ Hình dạng (SME) các hợp kim khác, chẳng hạn như đồng thau, được biết là sở hữu điều tương tự ở một mức độ hạn chế. Không ai hiểu đầy đủ về SME, và nitinol vẫn đặc biệt khó hiểu, vì bất cứ khi nào nó thực hiện được kỳ tích đặc biệt này, nó dường như đang phá vỡ các định luật nhiệt động lực học bằng cách đàn hồi trở lại hình dạng với một lực lớn hơn được sử dụng để biến dạng nó ngay từ đầu.

Nhưng nitinol không chỉ có khả năng ghi nhớ mà còn có khả năng học hỏi. Nếu quá trình gia nhiệt – làm lạnh – vò nát – hâm nóng được thực hiện đủ thường xuyên và kim loại luôn được nhàu nát theo cùng một cách, nitinol sẽ không chỉ nhớ hình dạng ban đầu của nó, mà dần dần nó cũng học cách nhớ hình dạng nhàu nát của nó, và sẽ bắt đầu trở lại hình dạng nhàu nát như cũ mỗi khi nó được làm lạnh. Cuối cùng, kim loại sẽ bị vỡ vụn và không phồng lên, hoàn toàn không có sự trợ giúp của các thay đổi về nhiệt độ và không có bất kỳ dấu hiệu giảm sức chịu đựng nào của kim loại.

Các kỹ sư đã sản xuất động cơ nguyên mẫu được điều khiển bởi lực của nitinol chuyển động từ hình dạng này sang hình dạng khác khi nó luân phiên tiếp xúc với nước nóng và lạnh. Tuy nhiên, năng lượng từ những động cơ đáng chú ý này không hoàn toàn miễn phí (tự nhiên): nhiệt năng là cần thiết để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ cần thiết để chạy động cơ. Nhưng nhiệt độ tối ưu mà kim loại phản ứng có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi tỷ lệ niken thành titan; một số hợp kim thậm chí sẽ hoạt động ở nhiệt độ phòng. Phạm vi nhiệt độ cần thiết giữa ấm và lạnh có thể nhỏ nhất là 12 độ C.