形状记忆合金的发现，是对人们长期来形成的弹性和塑性变形的传统观念的一次挑战。就拿我们熟悉的弹簧来说吧，当我们用不大的力去拉弹簧时，弹簧的伸长和受到的拉力成正比，手一放，“啪”的一声，弹簧又恢复到原来的长度。人们把这种外力去除后能恢复的变形叫做弹性变形。如果我们的拉力过大，超过了材料的弹性范围，放手后弹簧不能恢复到原来的长度，弹簧就损坏了。这种外力去除后不能恢复的变形叫做塑性变形。通常，用钢丝做的弹簧，一旦产生了塑性变形，即使加热也不会恢复到原来的样子。
然而，形状记忆合金拥有与一般金属不同的新特性：它们虽然产生了塑性变形，但只要稍微加热（通常只要加热到20～30℃），便仿佛有记性似地恢复到原来的形状。这种特性对于传统的塑性变形概念来说，简直是不可思议的。
那么，这类合金为什么能“记住”自己以前的形状呢？要阐明它的机理需要冶金学、金属物理学等多种学科的知识，会涉及到许多专业术语和名词，这些都是科学家们锲而不舍、孜孜不倦研究的课题，至今还有不少问题未能完全搞清楚。
从根本上来说，形状记忆合金的特性是由它的内部晶体结构所决定的。
在一定的温度范围内这类合金具有一定的外形，而且，合金内部的原子排列具有同外形相适应的可逆转变结构。形状记忆合金都有一定的转变温度，在转变温度以上，加工成欲记忆的形状，合金内部原子则排列成一种稳定的结晶构造。把它冷却到转变温度以下，施加外力改变它的外形，此时，它的原子结合方式并未发生变化，只是原子离开自己原来的位置，在邻近的位置上暂时地停留着。如果把这种变形后的记忆合金加热到转变温度以上，由于原子获得了向稳定结晶构造转变所需的能量，就又重新回复到原来的位置，从而又恢复了以前的形状。
我们的时代正迈向茫茫的宇宙空间。1969年7月21日，人类首次摆脱地球引力的羁绊，乘坐“阿波罗”11号宇宙飞船登上月球，在月球上度过了难忘的21小时。此后，人类又先后数次成功地实现了载人的登月飞行，给地球传送了许多珍贵的天体资料和科技信息。在这过程中，鼎鼎大名的镍钛合金充分发挥了“形状记忆效应”的“聪明才智”，为宇航事业立下了汗马功劳。
为了把在月球上探测到的各种信息发回地球，必须在月球上架设直径为好几米的半球形月面天线。然而，要把这种庞然大物直接放进宇宙飞船的船舱中，几乎是不可能的。美国航宇局先用镍钛合金在40℃以上制成半球形的月面天线（这种合金非常强硬，刚度很好），再让天线冷却到28℃以下。这时，合金内部发生了结晶构造转变，变得非常柔软，所以很容易把天线折叠成小球似的一团，放进宇宙飞船的船舱里。到达月球后，宇航员把变软的天线放在月面上，借助于阳光照射或其他热源的烘烤使环境温度超过40℃，这时天线犹如一把折叠伞那样自动张开，迅速投入正常的工作。
形状记忆合金还是连接零件和管道的能手，在医疗器械方面也有着广泛的应用。例如，在治疗骨折的外科手术中，用形状记忆合金制造人工骨骼拉杆，依靠人的体温即可将骨缝接合固定，大大加快了骨折愈合的速度。
眼下世界各国正在积极发展“生物记忆”、“材料记忆”和“计算机记忆”三大记忆技术，如将形状记忆合金和其他高技术相结合，它必将发挥更大的作用。形状记忆合金更可以用于能源的开发和利用。美国、英国、比利时等国正在研究固体热能发动机，使形状记忆合金往返于温差为20～30℃的两个水槽之间，利用它的变形、恢复产生的力量，推动主轴旋转，将机器发动起来。它不需要消耗煤、油等燃料，也不消耗电能，无废渣、废气，不污染大环境，还可利用太阳能、海洋能、地热能等自然资源或工厂的余热。所以形状记忆合金在发生能源危机、公害横行的今天，确实值得开发和利用。
神奇的超导体
1911年，在荷兰莱顿大学的物理实验室里，昂尼斯教授正在专心致志地研究水银的低温性能。他先将水银冷却到-40℃，液体水银便凝固成一条水银线；然后，再在水银线中通以电流，并一步一步地降低水银的温度，当温度降低到-269．03℃，也就是绝对温度4．12K时，奇迹出现了：水银的电阻突然消失了。这意味着，电流在零电阻的导线中可以畅通无阻，不再消耗能量，如果电路是闭合的，电流就可以永无休止地流动下去。
有人做过这样的实验：把一个铅环冷却到绝对温度725K以下，用磁铁在铅环中感应生成几百安培的电流。从1954年3月16日开始，在和外界隔绝的情况下，一直到1956年9月5日，铅环中的电流数值没有变化，仍在不停地循环流动。人们把这种零电阻现象称为超导现象。凡具有超导性的物质称为超导体或超导材料。无论哪一种超导体，只有当温度降到一定数值时，才会发生超导现象。这个从正常电阻转变为零电阻的温度称为超导临界温度。由于昂尼斯在超导方面的卓越贡献，他获得了1913年的诺贝尔物理学奖。
之后，人们陆续发现近30种单质和几千种合金及化合物都具有超导现象，而且超导临界温度的纪录不断地被打破。
为什么超导体在临界温度以下会产生零电阻特性呢？我们知道，在常温下金属导体的原子因失去外层电子成为正离子。正离子按规则排列在晶格的结点上，做微小的振动。摆脱了束缚的自由电子无序地充满在正离子周围，形成所谓“电子云”。导体在一定电压作用下，自由电子作定向运动就成为电流。自由电子在运动中受到的阻碍称为电阻。随着温度不断地下降，降至超导临界温度以下时，自由电子将不再完全无序地“单独行动”。由于晶格的振动作用，每两个电子必须“手挽手”地结合成“电子对”，温度愈低，结成的电子对愈多，电子对的结合愈牢固，不同电子对之间相互的作用力愈弱。在电压的作用下，这种有秩序的电子对按一定方向畅通无阻地流动起来。当温度升高后，电子对因受热运动的影响而遭到破坏，重新失去了超导性。这是目前许多科学家对超导现象作出的解释，他们把这种有秩序的电子对在超导体中特殊的运动状态，作为引起超导性的根本原因。但是，科学永无止境，高温超导体的发现又进一步引起人们不断去深入探索超导的奥秘。
我们来做一个有趣的试验：在一个铅环上放一个铅球，把它们的温度降低到超导临界温度（7．2K）以下，变成超导体。通过磁感应，使铅环中产生电流，这时铅球像着了魔似地飘然升起，当到达一定高度后便悬浮在铅环上方不动了。这是怎么回事呢？原来，铅环里通了电流，就在周围产生了磁场，磁场在铅球表面感应出一股电流，这股电流产生的磁场与铅环本身产生的磁场方向相反，使铅球受到向上的斥力，这斥力与铅球的重力平衡，铅球便悬浮在铅环的上方。超导体的这种排斥外界磁力线，使自身变成磁力线无法通过的物体的性质，称为完全抗磁性。人们正是利用超导体的完全抗磁性，研制成功了高速超导磁悬浮列车。
1966年，美国最先提出制造超导磁悬浮列车的设想。此后，美国自己，以及英国、日本、德国、瑞典等国家都进行了开发和研制。目前日本、德国的超导磁悬浮列车已投入运行，车速高达500千米／小时。乘坐这种超导磁悬浮列车，从上海到北京，只需要2小时48分钟。
那么，悬浮列车是怎样悬浮起来的呢？原来，在每节车厢的底部都安装了超导磁体，在列车行进的路面上埋有许多由闭合的矩形铝环组成的铝轨，在超导磁体的线圈中通入电流就会产生很强的磁场。列车开动后，超导磁体相对于铝环运动，在铝环里感应出一股很大的电流，并相应形成极强的磁场。铝环产生的磁场与车上超导磁体的磁场方向相反，相互排斥。也就是说，超导体的完全抗磁性，使车上的超导磁体受到地面铝环的向上托力。当车速大于每小时150千米时，托力大于列车自重，就使列车浮起，车速愈高，托力愈大。当列车停下时，由于铝环中没有感应电流，也就不能产生磁场，所以在开车启动和减速停车时有一段时间仍需用车轮在轨道上运行。
列车悬浮在空中奔弛，还存在空气的阻力。所以有人设想：让列车在抽成真空的隧道里行进，这样将能大幅度地提高车速。到那时，人类的高速飞行将由高空转入地下。
超导材料还能够用来制造威力无比的快速激光炮、具有人工智能的电子计算机、能明察秋毫的电子显微镜、先进医疗器械核磁共振诊断摄像机等等。也许，上述应用还远非超导材料的最重要应用。人们正开拓思路，扩大视野，不断学习和研究，促使超导技术向前发展。
材料工程的新突破
全球经济腾飞的大潮，势不可挡，汹涌澎湃，挑战着科学、技术、产业、文化的经络，展示出未来21世纪的宏伟蓝图。材料仍然是21世纪经济发展的柱石，科学家们已经预言：非晶态如繁星密布；高温超导将掀起第四次技术革命；纳米将是21世纪的材料新单元；高分子将功盖全球。这一切将汇成21世纪的最强音，人类的文明将进入新纪元。
载能束巧夺天工
载能束是指电子束、离子束、激光束。将这些具有高能的束流强行注入材料内部，在材料的表层可以迅速加热到高温，也可以实现快速冷却，冷却速度达每秒1012摄氏度。这两种作用和载能束的本身都能对材料发挥奇特的作用。载能束本身的离子作为掺杂物质，掺入材料表面，能改变材料表面的成份。快速加热和快速冷却，会引起材料内部的结构变化，使原子重新组合，新的化合物可由此产生。
1973年，迪利那利发现了用离子注入的方法把晶体合金转变成非晶合金，这个方法是事先选择要注入合金晶体的元素，然后，把这些元素放入放电管，在放电管两端加上高电压，放电过程中使放入元素变成离子。这种放电管叫离子源所形成的离子进入磁质量分析仪，通过分析仪选出所需能量的离子，在高电压的电场下加速，使离子具有较高的能量（大约有几十万电子伏特），用这样的离子束流去轰击金属或合金表面。当注入的离子大于金属总原子量的10％时，可以使被注入的金属表面形成一层非晶态膜。非晶态膜比晶态金属的硬度要高几十至几百倍，这样就提高了材料的强度。
大剂量的离子注入晶态金属或合金，使得晶态金属的结构受到破坏，使晶态表面产生极高的应力密度。因此，在这些非晶化的合金表面，得到高强度、高硬度、高韧性的特性，其成份结构和原来材料截然不同。这叫做材料的表面改性。
但是，并非所有注入离子和被注入的金属合金进行任意组合可以把材料表面非晶化。如果用被注入的合金的自身离子束注射，如铜离子注入金属铜，就不能形成表面非晶化。近年来，用离子注入法已制造出的非晶化表面的金属（合金）有：钨离子注入金属铜；钽离子注入金属铜；磷离子注入金属镍；磷离子注入不锈钢；金离子注入铂金；铁离子注入镝金属；镍离子注入镝等等。这些制造成功的金属，引起了人们的注意，有的已在工业生产中获得有效应用。
