形狀記憶合金屬于形狀記憶材料的一類，它具有在特定的激勵(lì)(如溫度)下“記憶”或保留原有形狀的能力，由于其獨(dú)特和優(yōu)越的性能，近年來將其作為一種新型驅(qū)動(dòng)器引起了人們的極大關(guān)注和興趣。它的形狀記憶能力有三種不同形式：

第一種是單程形狀記憶效應(yīng)，即在常溫下受到機(jī)械載荷作用而變形，加熱后又恢復(fù)原狀，但冷卻后不會(huì)恢復(fù)到加熱前的形狀；

第二種是雙程形狀記憶效應(yīng)，即在高溫和低溫下都會(huì)恢復(fù)原狀；

第三種則是超彈性，即在特定溫度范圍內(nèi)，施加機(jī)械載荷發(fā)生變形后馬上恢復(fù)原狀，但維持超彈性狀態(tài)需要持續(xù)供應(yīng)能量（保持溫度在特定范圍內(nèi)）。

形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器正是利用形狀記憶效應(yīng)將恢復(fù)形狀產(chǎn)生的巨大位移與回復(fù)力作為驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器相比其他MEMS驅(qū)動(dòng)器具有許多優(yōu)勢(shì)，三種常見功能材料特性對(duì)比如下表所示。

表1 三種常見功能材料驅(qū)動(dòng)器的特性比較

從表中可以看出，與磁致伸縮和壓電驅(qū)動(dòng)器相比，NiTi形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的變形能力最突出，因此它具有較大的驅(qū)動(dòng)位移；它的工作應(yīng)力和斷裂應(yīng)力最大，意味著形狀記憶合金材料可以承受更高的過載，它的強(qiáng)度可以勝任要求更高的驅(qū)動(dòng)元件與結(jié)構(gòu)；同時(shí)它的能量密度非常高，遠(yuǎn)大于其他兩種功能材料，結(jié)合它自身獨(dú)特的形狀記憶特性，因此在變形回復(fù)過程中可以提供相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)力；另外，形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)背后的物理現(xiàn)象與尺寸無關(guān)，說明其在微納尺寸下也可以擁有良好的形狀記憶特性。

形狀記憶合金早在上世紀(jì)70年代就在美軍的F-14戰(zhàn)斗機(jī)中被使用，它主要用于液壓管路上的聯(lián)軸器，之后形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的獨(dú)特性能引起了航空航天領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，下圖1標(biāo)出了形狀記憶合金在航空領(lǐng)域的現(xiàn)有應(yīng)用與潛在應(yīng)用。

在現(xiàn)代車輛中，對(duì)于車輛的安全性、舒適性、高性能的需求日趨增加，也導(dǎo)致了傳感器和驅(qū)動(dòng)器在汽車內(nèi)的應(yīng)用需求急劇增長(zhǎng)，給新興的形狀記憶合金提供了更廣泛的應(yīng)用空間，圖2標(biāo)出了現(xiàn)代車輛中潛在的形狀記憶合金應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩