记忆金属是美国海军军械局一个研究小组在一个偶然机会中发现的。那是20世纪60年代初的某一天，这个研究小组人员从仓库领来一批乱如麻丝的镍钛合金丝，花了许多时间把它们一根根弄直，并顺手把它们堆放在炉边，可是不一会儿却又恢复到原先弯曲的形状。这个偶然的现象引起了研究人员的高度兴趣，开展了反复的实验研究，最后终于发现50％的镍和50％钛制成的合金。这种合金当温度升高到40℃以上时，能记住自己原来的形状，科学家们把这种现象叫做“形状记忆效应”。后来经过许多科学家的努力又发现了铜锌铝合金、铜镍铝合金、铁铂合金等也具有“形状记忆效应”。
目前，记忆合金已被应用于许多方面，并取得了很好效果。
①制各种管子接头。
用记忆合金加工成内径比欲连接管子的外径小4％的套管，然后在一定条件下将套管扩径约8％，装配好后，再升高温度，套管的内径恢复到原尺寸，紧紧收起，把管子封接得非常严密。像美国的F－14战斗机的油压系统中使用了10万个这样的接头，从未发生过漏油、脱落等事故。
②航空航天。
1969年7月20日，人类第一次登上了月球，宇航员登月后，在月球上放置了一个直径达2.54m的半球形无线，实行了月、地之间的信息传输。宇航员乘坐的登月舱直径只有1m多一点，这个天线是怎么带上去的呢？原来天线也是用记忆合金制成的，在登月舱里它的直径只有大约50mm大小，送到月球上吸收太阳光的热量后又恢复到原来的形状。
另外，记忆合金还广泛应用于人体矫形外科、智能自控、日常生活等许多领域。在将来必为人类做出更多的贡献。
（2）钛——21世纪的金属
在地壳中钛的含量居元素的第九位，是铜的80倍，银的6万倍，虽然钛有如此丰富的含量，但应用却很晚。因为，在过去很长的一段时间内，人们一直认为钛是一种稀有金属，其性质与铝相似，由于钛的熔点很高（1725℃），必须在高温下才能冶炼，而高温下钛的化学性质又很活泼，因此钛比铝更难冶炼。所以从1791年钛被发现，直到1947年经过漫长的一个半世纪才实现了工业化生产，而且开始的产量很少，到了19世纪80年代才有较大的发展。
现在世界上钛的产量还很少，因此不如铁、铝等金属那么有名。但已经在航空、航天、航海、医疗等领域初露头角。科学家预言：21世纪金属钛将是冶金工业的最重要产品。
①航空工业。由于钛有很好的耐热、耐冷性能，密度较小（为4.51g/cm3）。加上它强度高（为铝的3倍），因此它能忍受飞机、导弹等超音速飞行时与空气摩擦产生的高达400℃～500℃的高温。因此，钛合金已逐步取代了铝和钢铁，成为最重要的航天材料，目前，全世界约有一半以上的钛用在航空工业上。
一架波音747客机用钛达3600kg，一架F－15战斗机的用钛大约为7000kg，一架B－1轰炸机的用钛量更是高达70000kg，而超音速飞机上钛合金几乎占总机体重量的95%。对飞机来说，使用钛合金使飞机重量减少，就可节省燃料，加快速度和延长航程。对远程导弹来说，减少重量就意味着射程的增加，例如：导弹每减轻1kg，大约可增射程7.7m。
②航海工业。
对材料来说，在海洋中最难过的是腐蚀关，而钛在海水中几乎不受腐蚀，有人曾通过实验和计算得出，钛盘在海水中浸泡1000年，表面腐蚀掉的钛大约为0.02mm厚。用钛和钛合金制造军舰、潜艇，不仅可以减少腐蚀，还可以减少重量，增加速度和攻击力，增加潜水艇的潜水深度，例如，最近出事的俄罗斯核潜艇“库尔斯克号”的外壳就是用钛合金制成的。今后，随着钛的产量的提高，钛一定会从“空间金属”发展成为“海洋金属”。
③医疗领域。
用钛制的“人造骨骼”代替不锈钢，可留在人体内，可避免接骨愈合之后，需重新进行手术取出钢片的麻烦和痛苦。所以钛又被人们赞誉为“亲生物金属”。
另外，钛还可用来制造高级金属工艺品和日用品。钛的氧化物——二氧化钛是现在世界上已知的最白的物质，且无毒，广泛用来涂漆飞机、汽车等，1g二氧化钛就可以把450cm2多的面积涂得雪白。钛的氯化物——四氯化钛，由于通水蒸气可水解产生浓烟，可做烟幕弹。
（3）贮氢合金
我们知道氢气是一种最理想的能源。它的来源广泛，燃烧产物是水，既不污染又可重复利用。现在之所以没有得到广泛应用，主要原因有两方面：一是制氢工艺，用电解水和热化学法制氧的耗能大，成本较高，而利用太阳能进行光分解法制氢的研究还刚刚起步，还没有取得突破性进展。二是氢气的贮存，这是一个更大的难题，现在氢一般是在150个大气压下贮存在钢瓶内，即使如此，氢的质量也仅占钢瓶质量的1%～2%，且不安全，因此无法在工业和生活上大量使用。如果在低温下使用氢液化来贮存，需要降到－253℃以下，本身又要消耗大量能源，而且还需极好的绝热材料来维持低温，所用绝热材料的体积往往比贮氨设备的体积还要大。比如，宇宙火箭上贮存液氢和液氧的贮箱，占了火箭一半以上的空间。
为了解决氢的贮存问题，科学家们进行了艰苦的探索，终于在1968年发现了镁－镍合金具有贮氢机能：既能大量吸收氢气，又能把氢气“吐”出来。人们把它叫做贮氢合金，后来又陆续研制出了钛—铁、镍—钛等贮氢合金。
贮氢合金为什么能贮存氢气呢？原来氢气与某些金属之间存在如下变化：2M＋xH2——2mux＋Q
这个平衡受温度、压强及合金成分的控制，在一定温度和压强下，氢气与金属反应生成金属氢化物而贮存氢，由于氢是以原子形式贮存于合金中，氢原子密度比同样条件下的氢气大1000倍，相当于贮存1000个大气压的高压氢气。在使用时，只要稍改变一下压强和温度，就可使反应逆向进行，氢气重新放出。
到目前为止，虽然发现的贮氢合金已不下百种，但并不是都适宜作贮氢材料。这是因为作为能够实际应用的贮氢材料应具备：贮氢量大、易活化（吸氢、放氢的条件容易达到）、吸氢与放氢的速度快、重量轻、成本低、寿命长。现在，性能优良的贮氢材料还没有找到，总的来说，还处于实验室探索阶段。例如，1980年我国研制出一辆氢能汽车，贮氢箱重90kg，乘员12人，以50km/h速度行驶了40多公里，虽然成绩不是很理想，但可以看出贮氢合金的潜在功能。贮氢合金的使用前景是十分诱人的，如果该项研究一旦取得突破，必将对人类的生产、生活带来深刻的影响。
（4）超导材料
我们知道金属通常总是有电阻的，当电流通过金属时，金属会发热，像电炉就是利用电阻丝发热制成的。电阻的存在使电流通过时受到一些损耗，这种情况在许多场合是人们所不希望的。如何使导体的电阻降低甚至消失是人们长期以来梦寐以求的愿望。
1911年荷兰一个名叫昂尼斯的物理学家在研究水银的导电性能时，发现水银温度降到－269℃时，电阻突然完全消失，这时撤去电源，电流在和外界隔绝的闭合电路中，仍能长久流动而不衰减。这个奇怪的现象轰动了物理学界，后来科学家把这种现象叫超导现象，把电阻等于零的材料叫超导材料。目前已发现了8000多种超导材料，使这门新兴技术得到了飞速发展，但由于出现超导现象时的温度大都极低（接近－273℃），因此，没有太大的实用经济价值。为了寻找在较高温度下的超导材料，世界上无数科学家为之努力奋斗，直到20世纪90年代才取得了重大突破，发现了接近于100K（即－173℃）的超导材料。我国科学家在1988年研制出了转变温度在120K的超导材料钛钡钙铜氧化物，1990年初又研制出了临界温度132K的超导材料，这是当时世界公认的最高温度，显示我国在超导材料研究方面，已跻身于世界先进行列。
今后，随着低温甚至常温下超导物质的发现，超导材料的应用必将成为可以给人类社会的持续发展注入无限生机的高新科学技术。特别是它在电性方面的广泛应用，其意义几乎可以与电的发明相媲美。由于超导体可荷载大电流并产生强磁场和零电阻的特性，因此，超导材料可用来制大功率超导发电机、超导电动机、超导电缆、超导加速器、超导贮能器、超导磁流体发电机、超导磁悬浮列车、超导核磁共振诊断仪等。下面我们来介绍其中几例：①超导磁流体发电机。
现代发电机是依靠涡轮机的转动带动金属线圈在磁铁中不停地工作产生电流的，其发电过程是物质能量的多次转换，化学能一热能一动能一电能，能量损耗巨大。而磁流体发电省去了涡轮机，把掺入成金属盐的矿物燃料进行燃烧，达到2600℃的高温，此时燃料汽化，汽化的燃料携带导电的种子以极高的速度从超导磁体的高强磁场的两极通过，由于电磁感应从而产生电流。这个过程的发电效率约为40%，从装置中排出的气体仍有1000℃的高温，使之与水进行热交换，产生的水蒸气又能驱动涡轮机发电，使总的发电效率再提高15%～20%。现在，俄罗斯、美国和日本都已兴建或正在兴建磁流体发电厂，这种发电技术将会使人类步入一个高效或低污染的能源利用的新时代。
②超导磁悬浮列车。
现在普通火车的速度大约为200km/h，根据科学计算，最高速度不会超过350km/h。要想进一步提速，就必须把轮子和铁轨的摩擦力减得更小，最好把轮子拿掉。那么能不能把火车轮子拿掉，使火车也腾空起来呢？超导技术能给我们这种帮助，科学家们将超导线圈装上了火车，通过少量的电能后产生了相当强的磁场。随着火车的开动，轨道上就产生了另一个磁场，两个磁场互相排斥，结果使火车浮在轨道上方几厘米处，在电动机的拖动下，火车飞速前进，速度可达550km/h，人们把这种火车叫超导磁悬浮列车。日本在这方面的研究已遥遥领先，于1979年就制成了试验车。
在20世纪90年代初，有人提出，要是超导磁悬浮列车在真空的地下铁道里行驶；那么，它的速度可达到2000km/h以上，如果能研制成功，则火车的速度可和飞机比高低。
③超导核磁共振诊断仪。
核磁共振仪是一种能精密地捕捉人体内氢原子的细微变化，可对癌症等进行超精密摄影的装置，它是一种可以凌驾于CT之上的新技术。超导核磁共振成像的原理是：把人体置于强磁场中使人体内的水中的氢原子核定向排列，再用电磁波照射氢核使氢核获得能量处于共振状态，然后断开电磁波，这时氢核将放出能量恢复到原状态。
由于癌细胞所含水中的氢核的恢复时间比正常细胞中的氢核要长；因此，将上述恢复过程用计算机处理，就能可靠地查出癌症。为了准确捕捉这个过程非常微弱的磁场变化，必须要有超强的磁力，过去用常规的电磁铁产生的磁场，虽也能初步满足诊断的需要，但不是很准确。而用超导磁体则氢核的共振现象会更强，得到的图像就更清晰，诊断结果也就更准确。
我国自行设计的超导核磁共振仪已经在深圳的安科公司正式投入生产，且其质量已领先于世界先进水平。
（5）非晶态金属
我们知道地球上的资源是有限的，人类面临资源枯竭的威胁，因此，延长材料的使用寿命，提高材料的性能是材料科学家长期钻研的课题。1960年美国科学家杜维茨首先发现，某液态金属合金以薄带或细丝的形式以每秒100万摄氏度的冷却速度急速冷却时，由于冷却速度过快，使金属原子来不及整齐排列成晶体，结果得到一种非晶态的无定形固体，人们称它为非晶态金属或金属玻璃。非晶态金属具有许多优异的性能，用途相当广泛。
①耐化学腐蚀。
一提起耐腐蚀的材料。大家就会想起不锈钢，而大多数非晶态金属的耐腐蚀性能比最好的不锈钢还要高100多倍。要是其中含有一定量的铬和磷，它的抗腐蚀能力就更强。因此非晶态金属可作为刀具、电极、表面保持等材料。
②强韧兼备。
非晶态金属的强度比一般晶态金属都高，能高达4000N/mm2，超过了超高硬度工具钢，并且非晶态金属具有很高的韧性，其金属丝即使弯曲到接近180°也不会断裂破损。因此，可用非晶态金属作为一些结构加强材料，如制作高强度控制电缆、橡胶轮胎的增强带和高强火箭壳件等。
③高电阻、低温度系数。
非晶态金属在室温下的电阻率较高，一般比晶态金属高2～3倍，而且电阻率温度系数比晶态金属小。因此，非晶态金属可作高电阻、精密电阻材料。
④软磁性。
非晶态金属具有良好的软磁性，即在外磁场作用下易磁化，当外磁场消失后，磁性很快消失；并且磁阻很小，只有常用磁材料硅钢片的1/10～1/3。因此，用非晶态金属代替电器设备中的硅钢片，可以大大减小电器设备中铁芯发热所造成的电能损耗。
三、纳米材料
纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种新型材料。1nm是1m的1/109，一个基本的碳纳米管只有1.4nm，因此，科学家又把它们称为“超微粒”材料和21世纪新材料。
纳米材料起源于一个叫格莱特的德国科学家在澳大利亚的大沙漠上旅游中的联想。
那是1980年的一天，当时他独自驾车横穿沙漠，空旷、寂寞和孤独的环境使他的思维特别活跃和敏锐。他长时间从事晶体的研究，知道晶体微粒大小对材料性能有极大影响。他想，如果组成材料的晶粒细到只有几个纳米那么大，材料将会是什么样子呢？
这个想法令他兴奋不已，回国后立即开始实验，经过近4年的努力，终于在1984得到了几个纳米大的超细粉末。而且他发现任何材料都可制成纳米大小的细微粉末，且性能发生了很大的变化，不管原来是什么颜色，现在都变为黑色，熔点也显著降低。
