想象一个没有外部传感器或电子设备的厨房烤箱，它可以控制空气温度，在高温清洗周期中自动锁门，在分发灭火材料时过热时切断电源。该烘箱依靠形状记忆金属(SMAs)达到预先设定的高温转变温度，改变它们的形状来执行工作，并在温度冷却时再次重置。

多年来，温度技术一直被用于使用更传统的技术如双金属或蜡致动器来完成工作。今天的sma可以让您以更低的成本、更少的质量、更多的功输出、更多的循环来完成这一工作，并且能够更准确、更可靠地设定激活温度。这些突破使家电有了新的发展。

本文将介绍几个概念性的应用程序。这些概念和越来越多的不同的下一代硬件设计正在演变，提供了新的机会。

技术背景

SMAs的基本原理是它们能够根据材料的温度改变其晶体形式或原子结构，基本上成为固态驱动器。当材料处于冷马氏体相时，它有一个B19或单斜晶相，而在热奥氏体相时，它有一个有序的B2形式。对于特定的合金和制造工艺，材料可以预见地从一种相和相关形式变化到另一种相和相关形式，具有可预测的转变温度和可预测的力水平。冷马氏体相可以在比热奥氏体相的恢复力更小的力下变形，允许它们之间有一个可用的功增量。

一个简单的例子是末端有挂钩的SMA螺旋。当冷时，SMA螺旋可以很容易地变形和拉伸与适当的钢返回弹簧。在加热螺旋到它的转变温度，然后螺旋会缩短回原来的长度，并反向延长冷却再次。

这种现象可以通过电加热材料或通过环境温度的变化来证明。本文的重点是该材料如何与环境温度一起使用，特别是调节温度，控制阀门或类似的系统，传感整个系统与测量一个或几个位置的温度，根据温度采取行动，把热量从一个地方转移到另一个地方，用低品位的废热做功。

综合温度调节

只使用每天太阳升起和落下所产生的冷热温度，形状记忆合金可以用来调节结构的内部温度。目前，在家庭和企业中，温度是由加热器和空调来调节的，它们可以创造一个舒适的内部环境，尽管外部因素。能源被用来运行这些系统，而地球每天加热和冷却产生的自然能源被浪费了。SMA材料的使用,这可以利用自然能源来增加或减少传热率(哪个是有利的依赖于季节)穿墙,通风口,和windows等系统的百叶窗,阁楼通风口,甚至“呼吸墙”与SMA激活喷口建筑物的外观。

在一个这样的例子中，一个百叶窗系统被用于覆盖住宅中一个大跨度的滑动玻璃门。SMAs的过渡温度与该地区的气候相匹配，并达到了理想的百叶窗效果。SMA机制被定向暴露在室外空气中，这样在白天太阳的热量使SMA收缩并关闭百叶窗。这在空间内创造了阴影，并保持内部温度在一个舒适的水平，以对抗外部环境的高温。当外部温度低于预先设定的过渡温度时，通过偏压机制将金属丝再次拉伸，打开百叶窗。这样可以让夜晚的冷空气进来，使家里凉爽。如果设计得当，这种机制实际上可以在交替季节中起相反的作用。在这个例子中，百叶窗也是多种颜色的，为住宅的façade添加了独特的设计元素。

类似的理论可以用于阁楼的通风。物理学告诉我们，热量会上升，因此阁楼是一所房子里最温暖的空间，在炎热的气候下，夏天的温度通常会超过100华氏度。由于没有办法让热空气逸出，人们在房子的顶部制造了一个散热器，增加了空调的使用，只是为了平衡家里的温度，使其达到一个舒适的水平。通过一个基于SMA的阁楼通风口，SMA机制将被放置在空间内，利用捕获的热量。当达到预定温度时，SMA会升温并收缩，允许通风口打开，将滞留的热空气释放到外部环境中。

随着对智能结构和绿色倡议的日益关注，建筑设计的未来将导致被动和主动系统来减少能源使用。

电器和其他系统中的控制阀和执行器

SMA技术可以优化标准阀门和其他类似系统的性能。只要使用设备的环境温度，比如烤箱的空气或洗碗机的热水，SMA就可以做出反应来执行某项功能。

当热流体或空气进入阀门时，仅温度就会迫使SMA经历相变并进行工作，这取决于设计。目前生产的一个实例是防烫伤阀，其潜力可扩展到许多其他类似应用。

其他的解决方案也有可能，比如SMA阀门，它可以在温度达到危险的高温时启动烤箱中的自动灭火器。如果暴露在同样危险的高温下，SMAs还可以关闭烤箱或其他设备的气体，防止经常发生灾难性的火灾。SMA技术带来的另一个优势是，相对于一两个位置，SMA技术可以在不需要任何电气控制或其他传感器的情况下，对大面积或整个烤箱的温度进行检测。其他应用，如打开肥皂分配器或其他控制时，暴露在热水(或冷水)洗碗系统也可能。

配有自洁功能的烤箱温度通常在800°F到1000°F之间，一次可以保持数小时。在这种情况下，电子控制面板和保险丝烧坏是相当常见的，可能打开烤箱门或防止它在第一个地方锁定。SMAs可以完全根据系统附近的温度进行锁定，消除了电子元件的影响，降低了锁定失效的可能性。

SMAs电机过热保护

由常见问题如过载、频繁的停止和启动，甚至是环境原因导致的电机过热可以通过使用SMA现象的新方法来解决。例如，简单地将SMA致动器导线缠绕在电机或器具上，用于收缩和触发机械致动，可以可靠地重复完成。由于sma可以被制成各种各样的尺寸和形式，它们可以在不增加重量和成本的情况下被用于小型和难以到达的地方。

使用热量完成工作，重新放置热量

在过去的几十年里，SMAs作为一种替代能源被大量探索，最近的一次是在2010年，美国能源部的ARPA-E项目。概念是低品位余热(大致定义为< 200°C,只要10°C之间的温差热源和环境温度)被用来移动材料之间来回的转变温度和通过这个过程完成有用的工作和理想的发电。这项工作的结果表明，是的，这是可能的;然而，今天的效率水平保持成本大于基于化石燃料的解决方案。

尽管热机械SMA热机的效率相对较低(约0.5% - 3%)的潜热SMA元件之间的阶段表现出独特的热从一个位置移动到另一个的能力,有可能今天跨越更大的距离比现有的解决方案。所以，除了转动风扇(甚至为了更可控的烹饪而调整空气温度)或其他一些机械工作外，将热量从一个地方转移到另一个地方已经以新的方式进化。例如，在大功率电池的应用中，仅仅基于温度就可以转移热量、物理上分离电池和/或断开电池内部或电池之间的电路。

这对你的设计意味着什么

尽管与商品解决方案相比，sma是新的，但它们继续为家电和许多其他市场的新机会打开大门。然而，由于sma的出现，它们确实更难实现，但这一事实本身使得它们所使用的产品具有高度的独特性和竞争性，常常使它们不仅难以复制，而且在其领域中脱颖而出。