所谓的智能材料是指其特性能够随着环境的改变而以一种可控的方式发生变化的材料，它们能够将一种能量转化为另一种能量。这为人们利用智能材料完成传感器和执行器的复杂功能（有时是同时完成几种功能）开辟了新的途径。 

　　热活化材料：完全记忆材料

　　有些材料在变形后一经加热仍然能够恢复回原来的形状。这些材料被称为形状记忆材料。合金早在20世纪30 年代便已为人们所认识，后来人们发现它的特性与形状记忆现象有着直接的联系[2]。然而，这一现象的技术应用直到近三十年后才开始[3]。1958年初，在美国马里兰州White Oak海军兵器实验室（NOL）工作的冶金学家William J Buehler开始着手于各种合金在潜艇火箭弹头上的实验应用研究。他发现镍钛合金的抗冲击性能最为出色，同时该合金还具备其他一些优异的特性，如弹性、延展性和抗疲劳性。Buehler将该合金命名为Nitinol，该名称是将镍和钛的化学符号以及该实验室名称缩写组
合而成。 

　　首次发现镍钛合金不同寻常的特性是在1959年，当时Buehler发现这种合金有着异乎寻常的随温度变化的声阻尼特性，这表明该合金的原子结构随着温度的变化而发生改变。然而，最终发现形状记忆现象是在1960年NOL的一次管理层会议上。研究人员向与会者展示了一个镍钛合金的样本，以向他们说明该合金出色的抗疲劳性能。 

　　该样本是一长条镍钛合金薄片，经多次折叠后形成了一个曲折的形状。NOL的与会领导反复将该样本弯曲然后拉伸，对该合金的机械性能表示满意。其中的一位官员决定用打火机测试一下该合金的热性能。令人惊奇的是，压扁的合金片受热后竟然纵向延展开来。 

　　又过了几年的时间后人们才明白形状记忆现象的原理。一个重要发现是，Nitinol可以以两种不同的随温度变化的形式存在，而合金的形状记忆功能正是这两种形式之间转换时才会出现。要使Nitinol样本保持原来的形状或“训练”样本“记住”该形状，必须在使样本在某个固定位置上在500 C(932 F)的条件下煅烧一小时。对样本进行加热会使样本形成高温、坚硬、缺乏弹性的奥氏体。而在对样本进行冷却或淬火后，样本会形成温度较低、具有弹性、更易变形的马氏体。

　　如果使该样本变形并再次加热，热运动会使原子形成奥氏体晶格，从而使样本恢复原来的形状（上图）。煅烧温度、淬火温度及其他特性主要由合金的成分和所用添加剂的类型所决定。

以上介绍了所谓的单向形状记忆效应。在这一现象中，材料只能记忆一种形状。经过适当的“训练”，某些形状记忆材料能够记住两种不同的形状，一种是在较低温度下的形状，而另一种则是在较高温度下的形状，从而具有双向形状记忆效应。 

　　形状记忆效应的原理。经冷却后，面心立方体晶格的高温奥氏体会转变为低温马氏体。由于在冷却过程中出现应力，从奥氏体转化而来的马氏体会经历孪晶现象：形成镜象对称的相邻层。形变会消除孪晶。非孪晶马氏体具有四方晶格。对发生形变的非孪晶马氏体进行加热可以使其恢复回奥氏体。

　　到目前为止，已在数十种二元和三元合金中观察到了形状记忆现象，其中除Nitinol外，铜-锌-铝合金（CuZnAl）和铜-铝-镍合金（CuAlNi）应用最为广泛。另外一种有着巨大发展潜力的材料是形状记忆聚合物。此类材料在20世纪90年代实现了商业化开发应用[4]。 

　　1969年，F14战斗机液压管线的连接使用了自动收缩至适当尺寸型CryoFi管箍，这是形状记忆材料的第一次商业应用[5]。将经过机械加工由液氮进行冷却的管箍固定在需要进行连接的管端并使管箍升温至环境温度，可以很容易地安装管箍。当管箍遇热后，它会收缩并压接在管线上，形成紧固的接头（右图）[6]。在形状记忆材料实现第一次商业应用之后，形状记忆管箍被推广到了油气管线、水管和其他管线中。还利用形状记忆材料开发出了各种接合件，如圆箍和夹子等[7]。

　　形状记忆材料的另一个重要应用领域是医药行业。最常见的医用形状记忆装置是牙箍。Nitinol合金牙箍于1975年第一次进行临床应用，并于1977年获得了专利注册[8]。传统的牙箍有一根不锈钢线，该钢线的弹性不足，因此时常需要进行调整。而Nitinol合金线不但弹性更大，同时还能使牙齿承受的负荷恒定，因此不需要或很少需要进行调整。首先将Nitinol合金线模压成所需形状，然后由正牙医师将其固定到病人的牙齿上，根据需要，对其进行弯曲。病人的体温会将Nitinol合金线激活，使其恢复到最初模压的形状。 

　　形状记忆矫形钉和矫形板的原理与此类似，这些工具用来促进骨折的愈合。然而，形状记忆材料对医学领域最为重要、最为突出的贡献或许是它在心血管手术上的应用[9]。其中的一个例子是西蒙Nitinol过滤装置，该装置是一个Nitinol合金细筛，置入血管后能够捕获血流中的血栓[10]。被捕获到的血栓会慢慢溶解，从而避免血栓或血管堵塞的出现。西蒙Nitinol过滤器在冷却、发生形变的马氏体状态下通过导管置入血管，然后体温使其温度增高后膨胀回原来的尺寸。

　　更多内容，参见资料频道slb油田观察2008s。