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(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的改變，稱為“馬氏體相變”。相變過程中，不但結(jié)構(gòu)、外形發(fā)生變化，連溫度都可以升高！當(dāng)外力去除時，又變回了原來的狀態(tài)，溫度也隨之降了下來。

圖1 彈熱效應(yīng)原理示意圖

溫升溫降的原因是馬氏體相變過程具有很大的“相變潛熱”，表現(xiàn)出吸放熱的物理現(xiàn)象。用力去壓形狀記憶合金，原本冰涼的“酷哥”馬上就會給你一種溫暖的感覺，科學(xué)家把這種神奇的現(xiàn)象稱作“彈熱效應(yīng)”。

有的材料如鎳鈦合金，溫度升高可達(dá)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(qū)使這個有些慵懶的家伙發(fā)生相變和溫變。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 “折扇狀”的孿晶組織（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

中科院寧波材料所劉劍研究員帶領(lǐng)的“磁性相變材料”團(tuán)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(jié)構(gòu)十分獨特。它內(nèi)部有細(xì)小的微孿晶組織，就像一把折扇一樣，輕輕一搓就容易打開；再反向一捏就可以合上。對比來說，鎳鈦這種馬氏體組織比較“強(qiáng)硬”，硬拉硬扯才會啟動相變，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（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

有了低外力誘導(dǎo)溫變材料的發(fā)現(xiàn)，這種可以變溫暖的金屬就更容易貼近生活了。一些科學(xué)家已經(jīng)依據(jù)彈熱效應(yīng)，制造出彈熱制冷原型機(jī)，無論是環(huán)保、節(jié)能，還是降噪，都比現(xiàn)在普遍采用的氣體壓縮制冷要更勝一籌。可以預(yù)見，使用鎳鐵鎵磁性形狀記憶合金以后，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(yīng)是純機(jī)械制冷制熱，理想情況下，可以不用電驅(qū)動，對于戶外運動愛好者是個大好消息。未來的登山愛好者，不用背負(fù)重重的蓄電池，只要帶上一個彈熱水杯，上好發(fā)條，即可坐等一杯溫水出來，暖胃又貼心。

圖4 未來彈熱水杯，上好發(fā)條，即可坐等一杯溫水出來

圖5 壓力下變熱的彈熱材料

當(dāng)然，真正讓彈熱材料走進(jìn)生活的道路還很漫長，材料加工、性能評估和熱系統(tǒng)設(shè)計等許多基礎(chǔ)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(xué)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溫暖！