三十七、試驗新發現

在羅斯教授的實驗室里工作了一段時間，方紀新感到自己的動手能力有了很大的提高。中國學生思維能力強於動手能力，是普遍現象。能有這樣的機會在這樣高水平的實驗室里學習，提高，真是萬幸。

一段時間的摸索后，方紀新現，自己對於核物理學的學習熱情，漸漸的被材料物理學所代替。從科學歷史展的角度來講，每一次新材料的產生和現，都會為人類社會的進步提供極大的動力。遠得不說，就所現在流行的納米技術，就是物理材料學研究的新領域。而自己因為某種莫名的原因，對此產生了極其濃厚的興趣。

金屬具有記憶，是一個偶然的現：6o年代初，美國海軍的一個研究小組從倉庫領來一些鎳鈦合金絲做實驗，他們現這些合金絲彎彎曲曲，使用起來很不方便，於是就把這些合金絲一根根拉直。在試驗過程中，奇怪的現象生了，他們現，當溫度升到一定的數值時，這些已經拉直的鎳鈦合金絲突然又恢復到原來的彎曲狀態，他們是善於觀察的有心人，又反覆做了多次試驗，結果證實了這些細絲確實具有"記憶"。

美國海軍研究所的這一現，引起了科學界的極大興趣，大量科學家對此進行了深入的研究。現銅鋅合金、銅鋁鎳合金、銅鉬鎳合金、銅金鋅合金等也都具有這種奇特的本領。人們可以在一定的範圍內，根據需要改變這些合金的形狀，到了某一特定的溫度，它們就自動恢復到自己原來的形狀，而且這「改變－－恢復」可以多次重複進行，不管怎麼改變，它們總是能記憶自己當時的形狀，到了這一溫度，就絲毫不差地原形再現。人們把這種現象叫作形狀記憶效應，把具有這種形狀記憶效應的金屬叫作形狀記憶合金，簡稱記憶合金。

為什麼這些合金能具有這種形狀記憶效應？它們是怎樣記住自己的原形？用一般金屬學理論、自由電子理論是難以解釋合金的這種記憶效應的。記憶合金在一定的溫度條件下能回復到原形，為核外電子的運動－－隨溫度變化的運動，提供了絕佳的例證。

正是由於合金的形成是在高溫條件下液態金屬的互熔，由於液態金屬的結構元排異，導致了這種元素的結構元與另一種金屬的結構元相互均布，凝固后，其微觀結構是不同種類的結構元成比例的有序排列，電磁力是構成合金物體的主要內聚力。

電磁力是由價和電子的運轉所形成，而電子的運轉率隨溫度條件而變化的，所以，物體內的電磁力（大小、方向、作用點）也是隨溫度條件而變化。由此導致了金屬物體的內力隨溫度條件而變化，只是這些變化在小溫差範圍內不明顯，只有在較大溫度變化（幾百攝氏度）時才有表現。

一般金屬在受力后，能產生塑性變形，如一根鐵絲被折彎了，在折彎部位，電磁力受到外力的干擾，導致產生電磁力的價和電子的運轉平面作出微量調整，一次塑性變形就完成了。

記憶合金由於是不同種類的結構元相互摻和均布，儘管結構元的個子、電磁力的大小不同，但各自都加快了自身的價和運轉，在一定的溫度條件下相鄰相安。在受到外力后，電磁力受到外力的干擾，價和電子的運轉平面作出微量角度調整，物體產生塑性變形，在此塑性變形中，部分調整后的價和電子的運轉是不舒展的。當溫度條件變化時價和電子的率隨之變化，當溫度回復到相安舒展的（轉變溫度）條件時，不舒展的價和電子的運轉立即回復到當時的率，電磁力隨之生變化，使相鄰結構元的價和運轉也都作出相應的調整，全部回復到原來的舒展狀態，於是整個物體也都回復到了原來的狀態。這就是記憶合金的記憶過程。

其實，金屬的記憶早就被現：把一根直鐵絲彎成直角（9o°），一鬆開，它就要回復一點，形成大於9o°的角度。把一根彎鐵絲調直，必須把它折到過18o°后再鬆開，這樣它就能正好回復到直線狀態，這就是中國成語中所講的矯枉過正。還有記憶力更好的合金就是彈簧，（這裡所說的是鋼製彈簧，鋼是鐵碳合金）彈簧牢牢地記住了自己的形狀，外力一撤除，馬上回復到自己的原來的樣子，只是彈簧的記憶溫度很寬，不像記憶合金這樣有一個特定的轉變溫度，從而有了一些特別的功用。

利用記憶合金在特定溫度下的形變功能，可以製作多種溫控器件，可以製作溫控電路、溫控閥門，溫控的管道連接。人們已經利用記憶合金製作了自動的消防龍頭－－失火溫度升高，記憶合金變形，使閥門開啟，噴水救火。製作了機械零件的連接、管道的連接，飛機的空中加油的介面處就是利用了記憶合金－－兩機油管套結后，利用電加熱改變溫度，介面處記憶合金變形，使介面緊密滴水（油）不漏。製作了宇宙空間站的面積幾百平米的自展天線－－先在地面上製成大面積的拋物線形或平面天線，摺疊成一團，用飛船帶到太空，溫度轉變，自展成原來的大面積和形狀。

記憶合金目前已展到幾十種，在航空、軍事、工業、農業、醫療等領域有著用途，而且展趨勢十分可觀，它將大展宏圖、造福於人類。

金屬材料學中，有人曾經設想，製造一種記憶金屬。對於機械加工、修補、以及材料再生都將產生巨大的影響。特別在軍事領域，因為這種材料的誕生，將可以組建一隻打不垮的6軍、打不爛的空軍、炸不沉的海軍。這樣的軍隊將成為無敵之師。

從理論上講，這是完全能實現的。

原子是化學變化中的最小微粒，是物質的物質的最小單元，世界上的所有物質基礎都是由原子這種基本單位構成。而原子的中心是一個微小的由核子(質子和中子)組成的原子核，佔據了整個原子的絕大部分質量。原子核中的質子和中子緊密地堆在一起，因此原子核的密度很大。質子和中子的質量大至相等，中子略高一些。質子帶正電荷，中子不帶電荷，是電中性的。所以整個原子核是帶正電荷的。原子核即使和原子相比，還是非常細小的――比原子要小1oo,ooo倍。原子的大小主要是由最外電子層的大小所決定的。如有原子是一個足球場，那原子核就是場中央的一顆綠豆。所以原子幾乎是空的，被電子佔據著。

電子是帶負電荷的。它們遠比質子和中子輕，質量只有質子的約1/1836。它們高地圍著原子核運轉。電子圍繞原子核的軌道並不都一樣。它們在一些叫電子層的區域內圍著原子核轉，那些最接近原子核的在一層，遠一些的又在另外一層。每一層都有一個數字。最內層的是層1，外一層的是層2，如此類推。每一層都可以容納一個最高限量數的電子數目，層1可容納兩個，層2八個，層3十八個，層4三十二個，越往外層可容納的電子就越多。

質子和電子的電性相吸，使原子內部達到一種力的平衡。如果將這種平衡結構打破。原子會在外力的條件影響下，生移動。

方紀新在實驗室里，曾經將原子排列成各種圖案。要知道，到目前為止，宣布成功排列出原字圖案的試驗室，全世界都沒有幾個。這種試驗的成功，更堅定了他的信心。新的金屬材料，就是要以打破原子內部的平衡為突破口，使它能隨著人的意志而生變化。

方紀新現，用激光照射加溫原子，使其產生電子溢出后，帶正電的原子聚合在一起，產生新的結晶體，他的晶體結構生新的變化，打破這種排列后，在一定條件下，他們會重新組合恢復原貌。這種新現，為自己的預想提供了依據。但是將這種實驗室產生的變化運用到實際，還需要時間。