所謂的智能材料是指其特性能夠隨著環境的改變而以一種可控的方式發生變化的材料，它們能夠將一種能量轉化為另一種能量。這為人們利用智能材料完成傳感器和執行器的復雜功能（有時是同時完成幾種功能）開辟了新的途徑。 

　　熱活化材料：完全記憶材料

　　有些材料在變形后一經加熱仍然能夠恢復回原來的形狀。這些材料被稱為形狀記憶材料。合金早在20世紀30 年代便已為人們所認識，后來人們發現它的特性與形狀記憶現象有著直接的聯系[2]。然而，這一現象的技術應用直到近三十年后才開始[3]。1958年初，在美國馬里蘭州White Oak海軍兵器實驗室（NOL）工作的冶金學家William J Buehler開始著手于各種合金在潛艇火箭彈頭上的實驗應用研究。他發現鎳鈦合金的抗沖擊性能最為出色，同時該合金還具備其他一些優異的特性，如彈性、延展性和抗疲勞性。Buehler將該合金命名為Nitinol，該名稱是將鎳和鈦的化學符號以及該實驗室名稱縮寫組
合而成。 

　　首次發現鎳鈦合金不同尋常的特性是在1959年，當時Buehler發現這種合金有著異乎尋常的隨溫度變化的聲阻尼特性，這表明該合金的原子結構隨著溫度的變化而發生改變。然而，最終發現形狀記憶現象是在1960年NOL的一次管理層會議上。研究人員向與會者展示了一個鎳鈦合金的樣本，以向他們說明該合金出色的抗疲勞性能。 

　　該樣本是一長條鎳鈦合金薄片，經多次折疊后形成了一個曲折的形狀。NOL的與會領導反復將該樣本彎曲然后拉伸，對該合金的機械性能表示滿意。其中的一位官員決定用打火機測試一下該合金的熱性能。令人驚奇的是，壓扁的合金片受熱后竟然縱向延展開來。 

　　又過了幾年的時間后人們才明白形狀記憶現象的原理。一個重要發現是，Nitinol可以以兩種不同的隨溫度變化的形式存在，而合金的形狀記憶功能正是這兩種形式之間轉換時才會出現。要使Nitinol樣本保持原來的形狀或“訓練”樣本“記住”該形狀，必須在使樣本在某個固定位置上在500 C(932 F)的條件下煅燒一小時。對樣本進行加熱會使樣本形成高溫、堅硬、缺乏彈性的奧氏體。而在對樣本進行冷卻或淬火后，樣本會形成溫度較低、具有彈性、更易變形的馬氏體。

　　如果使該樣本變形并再次加熱，熱運動會使原子形成奧氏體晶格，從而使樣本恢復原來的形狀（上圖）。煅燒溫度、淬火溫度及其他特性主要由合金的成分和所用添加劑的類型所決定。

以上介紹了所謂的單向形狀記憶效應。在這一現象中，材料只能記憶一種形狀。經過適當的“訓練”，某些形狀記憶材料能夠記住兩種不同的形狀，一種是在較低溫度下的形狀，而另一種則是在較高溫度下的形狀，從而具有雙向形狀記憶效應。 

　　形狀記憶效應的原理。經冷卻后，面心立方體晶格的高溫奧氏體會轉變為低溫馬氏體。由于在冷卻過程中出現應力，從奧氏體轉化而來的馬氏體會經歷孿晶現象：形成鏡象對稱的相鄰層。形變會消除孿晶。非孿晶馬氏體具有四方晶格。對發生形變的非孿晶馬氏體進行加熱可以使其恢復回奧氏體。

　　到目前為止，已在數十種二元和三元合金中觀察到了形狀記憶現象，其中除Nitinol外，銅-鋅-鋁合金（CuZnAl）和銅-鋁-鎳合金（CuAlNi）應用最為廣泛。另外一種有著巨大發展潛力的材料是形狀記憶聚合物。此類材料在20世紀90年代實現了商業化開發應用[4]。 

　　1969年，F14戰斗機液壓管線的連接使用了自動收縮至適當尺寸型CryoFi管箍，這是形狀記憶材料的第一次商業應用[5]。將經過機械加工由液氮進行冷卻的管箍固定在需要進行連接的管端并使管箍升溫至環境溫度，可以很容易地安裝管箍。當管箍遇熱后，它會收縮并壓接在管線上，形成緊固的接頭（右圖）[6]。在形狀記憶材料實現第一次商業應用之后，形狀記憶管箍被推廣到了油氣管線、水管和其他管線中。還利用形狀記憶材料開發出了各種接合件，如圓箍和夾子等[7]。

　　形狀記憶材料的另一個重要應用領域是醫藥行業。最常見的醫用形狀記憶裝置是牙箍。Nitinol合金牙箍于1975年第一次進行臨床應用，并于1977年獲得了專利注冊[8]。傳統的牙箍有一根不銹鋼線，該鋼線的彈性不足，因此時常需要進行調整。而Nitinol合金線不但彈性更大，同時還能使牙齒承受的負荷恒定，因此不需要或很少需要進行調整。首先將Nitinol合金線模壓成所需形狀，然后由正牙醫師將其固定到病人的牙齒上，根據需要，對其進行彎曲。病人的體溫會將Nitinol合金線激活，使其恢復到最初模壓的形狀。 

　　形狀記憶矯形釘和矯形板的原理與此類似，這些工具用來促進骨折的愈合。然而，形狀記憶材料對醫學領域最為重要、最為突出的貢獻或許是它在心血管手術上的應用[9]。其中的一個例子是西蒙Nitinol過濾裝置，該裝置是一個Nitinol合金細篩，置入血管后能夠捕獲血流中的血栓[10]。被捕獲到的血栓會慢慢溶解，從而避免血栓或血管堵塞的出現。西蒙Nitinol過濾器在冷卻、發生形變的馬氏體狀態下通過導管置入血管，然后體溫使其溫度增高后膨脹回原來的尺寸。

　　更多內容，參見資料頻道slb油田觀察2008s。