Vì sao có kim loại lại có khả năng ghi nhớ?

Người và động vật đều có khả năng ghi nhớ nhất định, liệu với các kim loại vô tri vô giác có khả năng ghi nhớ không?

Vào năm 1961, ở Mỹ có một kỹ thuật viên đã lấy từ kho một cuộn dây hợp kim niken - titan, anh ta uốn thẳng sợi dây thành một thanh thẳng, sau đó đem đặt thanh niken - titan gần một lò lửa, anh ta phát hiện một sự kỳ lạ: sợi dây kim loại lại trở lại dạng cong như cũ, như thể ở dây kim loại có “trí nhớ” vậy. Anh cán bộ kỹ thuật hết sức thích thú về phát hiện của mình. Anh ta lặp lại thí nghiệm nhiều lần và đều nhận được kết quả như nhau. Sau này người ta còn phát hiện được nhiều hợp kim khác cũng có “trí nhớ”, ví dụ hợp kim của cadimi, hợp kim của đồng, nhôm, niken.

Vì sao các hợp kim này lại có ““khả năng nhớ”” như vậy? Khi nghiên cứu kỹ hơn người ta tìm thấy khả năng “ghi nhớ” của hợp kim có liên quan đến cấu trúc bên trong của hợp kim. Nói chung ở các điều kiện khác nhau, các chất ở trạng thái tinh thể sẽ có cấu trúc có tính ổn định khác nhau. Ở nhiệt độ tương đối thấp, các tinh thể của hợp kim có cấu trúc không ổn định. Khi tăng nhiệt độ vượt qua một mức xác định nào đó, tinh thể sẽ biến thành dạng cấu trúc ổn định, nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ chuyển biến cấu trúc. Đó là lý do tại sao sợi hợp kim niken - titan lại lấy lại dạng cong ban đầu khi tăng nhiệt độ. Với sợi hợp kim niken - titan, nếu đem chế tạo thành hình dáng xác định, sau đó tăng nhiệt độ đến 150°C rồi lại làm lạnh, dùng ngoại lực thay đổi hình dạng của sợi dây, lúc này sợi dây đang ở trạng thái có cấu trúc tinh thể không ổn định. Bây giờ nếu đem gia nhiệt sợi dây đến nhiệt độ chuyển biến cấu trúc (95°C) trở lên, hợp kim niken - titan lại phục hồi trạng thái ổn định ban đầu. Điều đó tương tự như là hợp kim niken - titan có trí nhớ và đã phục hồi được hình dạng ban đầu. Các nhà khoa học gọi đó là hiệu ứng ghi nhớ hình dạng.

Ngày nay hiện tượng này đã được ứng dụng vào mục đích nghiên cứu khoa học trong công tác thám không. Ví dụ để thu thập các số liệu về Mặt Trăng cần phải truyền dữ liệu từ Mặt Trăng về Trái Đất. Muốn thế phải đặt trên Mặt Trăng một anten có dạng như một cái ô lớn (anten parabol). Làm thế nào đưa được một cái ô lớn như vậy lên Mặt Trăng? Các nhà khoa học nghĩ đến nguyên lý bung ô dựa vào các hợp kim “có trí nhớ”. Trước hết người ta chế tạo một cái ô lớn ở nhiệt độ cao hơn 40°C. Sau đó gấp cái ô này thành một hình dạng chiếm thể tích nhỏ để có thể cho vào con tàu vũ trụ và phóng lên Mặt Trăng. Khi anten đã lên đến Mặt Trăng, bao đựng ô mở ra, các sợi dây hợp kim sẽ nóng lên trên 95°C và anten sẽ phục hồi nguyên dạng hình parabol vốn có trước đó. Đó quả là điều hết sức kỳ diệu.

Hợp kim có trí nhớ ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn. Các hệ thống truyền dẫn áp lực trên máy bay trước đây hay có hiện tượng rò rỉ dầu gây sự cố ở các đầu nối của các ống dẫn, gây ảnh hưởng xấu đến việc điều khiển máy bay. Người ta đã dùng hợp kim có trí nhớ chế tạo các đầu nối các ống dẫn, không chỉ rất bền mà còn không sợ bị va đập gây biến dạng. Khi cần phục hồi trạng thái ban đầu chỉ cần gia nhiệt nhẹ là có thể thực hiện được dễ dàng. Khi dùng hợp kim có trí nhớ để chế tạo các đầu nối sẽ tránh được hiện tượng rò rỉ, tránh được nhiều sự cố đáng tiếc. Theo thống kê, trên ống phun khí của một máy bay chiến đấu có đến hàng trăm nghìn đầu ống nối.

Người ta cũng sử dụng hợp kim có trí nhớ để chế tạo đinh tán. Trước khi sử dụng đinh tán người ta gia công đầu to của đinh tán thành hình trụ thon như nhau, sau đó người ta cho đinh vào lỗ trong điều kiện nhiệt độ thấp. Khi tăng cao nhẹ nhiệt độ, đầu đinh tán lại nở to như cũ và được giữ chặt vào lỗ.