形狀記憶合金（Shape Memory Alloy，SMA）（一）
臺北市立第一女子高級中學化學科何鎮揚老師/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯
一、形狀記憶合金特點
形狀記憶材料是指具有一定初始形狀的材料，經形變並固定成另一種形狀後，利用加熱、照光、通電等物理刺激或化學刺激的處理，又可恢復成初始形狀的材料，包括合金、複合材料及有機高分子材料等。1932年，瑞典人奧蘭德（A. Ölander）在金鎘合金中首次觀察到“記憶”效應，即合金的形狀被改變之後，一旦加熱到一定的溫度時，它又可以變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金（shape memory alloy，SMA）。記憶合金的開發時間不長，但由於其在各領域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽為“神奇的功能材料”。
形狀記憶合金（ Shape Memory Alloy，SMA）（二）
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三、形狀記憶合金材料
至今為止，已發現有十幾種記憶合金體系，可以分為：Ti-Ni-系、銅系、鐵系合金三大類，包括Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-A1、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Ni-A1、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等，它們有兩個共同特點：
1. 彎曲量大，塑性高；
2. 在記憶溫度以上恢復以前形狀。
玻璃（Glass）（四）
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彩色玻璃
彩色玻璃往往是通過添加著色劑實現的，玻璃中的著色劑能對投射到玻璃上的白光進行選擇性的吸收，從而改變了透過玻璃光線的光譜組成，使玻璃顯示出各種顏色。在光學、光化學上，還可利用具有截止波長（cut-off wavelength）的有色或近似無色玻璃來濾除某些不需要波段的光，如紫外光濾光片等。顯色的強弱與著色劑的種類及數量有關，也與工藝制度有關，根據著色劑在玻璃中的狀態，可把著色劑分為離子著色劑和膠體著色劑兩類。部分著色劑與對應玻璃的顏色關系如下表所示。離子著色劑主要包括一些有色金屬氧化物和鹽。
玻璃（Glass）（三）
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特殊玻璃
一、特種玻璃
1. 鋼化玻璃
鋼化玻璃是一種表面增強的高強度玻璃。位於玻璃表面的缺陷是使其產生一般低強度的決定因素，這些缺陷降低了材料所能承受的張應力。如果能在玻璃表面層中產生“永久性”壓應力，就可使玻璃製品的強度比常規狀態高。要使這樣的製品發生斷裂，就需要較高的張應力。這是因為在使這類表面缺陷承受張應力之前，必須先克服表面的壓應力。經過處理而使表面處於壓應力狀態的玻璃被稱為鋼化玻璃。
使玻璃表面層產生壓應力可以用熱處理或化學處理的辦法。在熱處理鋼化方法中，將玻璃成品放入電爐中加熱至接近軟化點的溫度然然後從爐中取出，用多管式空氣噴槍進行快速冷卻。這種處理稱為風冷淬火。另外，矽油、石蠟、樹脂焦油也可作為淬火介質，為液冷淬火。也還有用鹽類做淬火介質的。這後兩類介質常用於厚度小於2.5~3 mm的玻璃製品，此時玻璃表面層迅速變硬，但表面的初期熱收縮引起了仍處於接近軟化點的中間層中的黏流，當中間層最終冷到能發生明顯的黏滯弛豫溫度之下時，在玻璃的厚度方向將出現一個溫度梯度。直到玻璃體在室溫中達到熱平衡狀態時，這個溫度梯度才得以消除，而在這個過程中，較熱的中間層必將比接近表面的部分發生較大的收縮。這個收縮差將導致內應力，該應力在接近表面處為壓應力，在中間層則為張應力。
玻璃（Glass）（一）
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玻璃通常是以石英砂、純鹼、長石及石灰石為主要原料，在高溫爐內熔融，發生複雜的物理變化、化學反應後，形成無機氧化物的熔融混合物，如氧化矽、氧化鋁、氧化鉀/氧化鈉、氧化硼等，高溫熔化成氧化物的連續網絡結構，冷卻過程中黏度逐漸增大並硬化形成非結晶矽酸鹽類的無機非金屬材料，它們並沒有特有的固定的組成，非結晶性是其區別於陶瓷、水泥材料最顯著的結構特徵。
不同種類的玻璃，其化學成分各不相同，但含量最高的還是非晶二氧化矽，一般為50%~80%，在石英玻璃中更高達98%以上。SiO2在玻璃中構成骨架，賦予玻璃良好的化學穩定性、熱穩定性、透明性、較高的軟化溫度、硬度和機械強度。但含量增大時，熔融溫度升高，玻璃液黏度增大。SiO44-四面體結構為其基本構築單元。普通玻璃還含有氧化鉀/氧化鈉、氧化鈣等其他氧化物。
透明陶瓷（Transparent Ceramics）
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傳統陶瓷是以長石、石英和黏土為主要原料，經混合、粉碎、成型及燒結等過程製得。陶瓷中主要含有三種化學成分，一種是低熔點的鹼金屬氧化物，如氧化鉀和氧化鈉；一種是構成矽酸鹽的主要成分，即二氧化矽（SiO2）；還有一種是氧化鋁（Al2O3）。在長期的生產製造中發現，瓷坯中含Al2O3量越高，瓷坯的燒結溫度越高，性能會越好。如果用純的Al2O3，燒結溫度可達2000 ℃，能製成潔白如玉、堅硬非凡的氧化鋁陶瓷（也叫剛玉）。加入燒結助劑可降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度，如加入氧化鎂（MgO），不僅可使燒結溫度降到1400 ℃以下，而且可以獲得幾乎完全緻密的透明剛玉瓷。
水泥（Cement）（二）
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一、水泥的顏色
水泥建築物大多數呈現灰灰暗暗的顏色，所以常以「水泥叢林」來形容大城市的市貌。為了彌補水泥色彩單調的缺點，可以用不含氧化鐵和錳的純粹石灰石和白黏土製成白水泥。在灰白色的水泥中加進硫酸鋇，也可以起增白的作用，成為白水泥。另外，摻入貝殼磨成的粉，也可以燒製出另一種白水泥。
有了白水泥當底子，就可以生產出彩色的水泥。例如在白色水泥中加進氧化釩，可以製成紅色水泥；加進鉻酸鉛，可以製作成黃色水泥；加進氧化鉻，可以製成綠色水泥；加進硫化錫，可以製成金色水泥。這些加工物可以使得城市建築物變得更亮麗多彩。最有趣的是「變色水泥」，在水泥燒製過程中加進二氯化鈷，它在空氣乾燥時，呈現藍色；天快要下雨空氣潮濕時，它變成紫色；下雨以後，這種水泥又因為吸了水分而變成豔麗的玫瑰色。除了多采多姿以外，還可以預報天氣呢！
水泥（Cement）（一）
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水泥是非常重要的基礎建築材料，與水混合後，經過物理化學過程能由可塑性漿體變成堅硬而具有一定強度的石狀體，並能將散粒材料膠結成為整體。水泥是一種水硬性膠凝材料，即一種細磨的無機材料，通過水化過程發生凝結和硬化，硬化後甚至在水中也可保持強度和穩定性。
儲氫合金（Hydrogen Storage Metal）
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在二十世紀的六十年代，材料領域裏出現了能儲存氫的金屬和合金，統稱為儲氫合金。這些金屬或合金具有很強的捕捉氫的能力，它可以在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金（或金屬）中先分解成單個的原子，而這些氫原子便“見縫插針”般地進入合金原子之間的縫隙中，並與合金進行化學反應生成金屬氫化物（metal hydrides），外在表現為大量“吸收”氫氣，同時放出大量熱量。而當對這些金屬氫化物進行加熱時，它們又會發生分解反應，氫原子又能結合成氫分子釋放出來，而且伴隨有明顯的吸熱效應。
儲氫合金的儲氫能力很強。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也即相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。
由於儲氫合金都是固體，既不用儲存高壓氫氣所需的大而笨重的鋼瓶，又不需存放液態氫那樣極低的溫度條件，需要儲氫時使合金與氫反應生成金屬氫化物並放出熱量，需要用氫時通過加熱或減壓使儲存於其中的氫釋放出來，如同蓄電池的充、放電，因此儲氫合金不愧是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。