陳邦鑄

朋友，你相信嗎?有這樣的發(fā)動機，它不需要石油、煤、天然氣作燃料，也不以電能和核能為動力。它需要的唯一能源是熱水，所以取名“熱機”——尼丁諾發(fā)動機。

鎳鈦合金的奇妙特性

“尼丁諾”是鎳鈦合金英文縮寫字的譯音，也有人譯作“鎳鈦諾”。在室溫下，一根尼丁諾絲就象鐵絲一樣堅硬挺直。但把它浸在冷水里，它就會變得象柳條一樣柔軟，可以任意彎曲。然后，把它浸在相當于室溫的熱水里，它又突然變成原來那樣堅硬挺直，并在回彈過程中能產(chǎn)生很大的力。尼丁諾的這種雙向形狀記憶特性，是在1958年由美國工程師威廉斯·布勒發(fā)現(xiàn)的。1973年，美國科學家李奇微·朋克利用尼丁諾這一特性，試制了一臺小型發(fā)動機。發(fā)動機的輪子下面是水槽，水槽被平分成兩部分，分別盛熱水和冷水。輪子的每根輪輻上都掛著一個彎成U形的尼丁諾環(huán)，環(huán)的一端固定在輪輻上，另一端套聯(lián)在套管上，套管能沿著輪輻滑動。每當U形環(huán)進入輪子下面的熱水槽時，環(huán)就突然伸直，從而產(chǎn)生一個徑向力，沿著輪子半徑向外傳遞，同時產(chǎn)生一個切向力，與輪子的半徑相垂直，推動輪子轉動。在熱水里伸直的尼丁諾環(huán)進入冷水槽后，由于它的雙向形狀記憶特性，便自動地恢復了彎曲的形狀，輪子因此就能持續(xù)不斷地運轉下去。盡管這個發(fā)動機只是產(chǎn)生了半瓦的功率，但引起了人們極大的重視。

科學家的種種設想

目前，世界各國對尼丁諾的基礎研究和應用研究正在蓬勃開展。英國、西德、瑞士、日本、美國等都在研究尼丁諾熱機。

科學家提出了許多種利用尼丁諾熱機的設想。例如，由于尼丁諾的形狀記憶特性能在溫差僅為9℃的條件下產(chǎn)生，所以，就能以太陽熱和地熱來高效地驅動尼丁諾熱機，作灌溉水泵之用。再如，在一些國家里，約有三分之二的工廠能量是以不能利用的低溫廢熱浪費掉的，利用尼丁諾熱機就可以把這些廢熱變?yōu)橛杏玫臋C械能。另外，尼丁諾合金發(fā)生形狀記憶效應的溫差范圍是隨合金中鎳和鈦的含量不同而變化的。因此，只要配制適當比例的鎳和鈦，就能使熱機在相當大的溫差范圍內(nèi)工作。利用這些特點，就可以制成為自動火災報警或自動滅火裝置中的關鍵部件；也能制成各種熱水給送器的安全裝置。此外，科學家也在研制一系列的尼丁諾熱機，它們能在工廠排出的低溫熱水中工作。這種低溫熱水是造成江河湖泊熱污染的主要原因。低溫尼丁諾熱機利用工廠的低溫廢熱，不僅可以把這種廢熱轉換為機械能，還能帶來可貴的生態(tài)平衡。

從長遠的觀點看，尼丁諾熱機的最大熱源是海洋、湖泊和水電站的水庫。這些水源往往是地球上最大的太陽能吸收器和貯熱器。海洋表面的暖水層與較深的冷水層之間的溫差約為20℃。這種溫差正是尼丁諾熱機的最佳工作溫度。在水電站的水庫中使用尼丁諾熱機，可以使電站的發(fā)電量提高一倍以上。

尼丁諾熱機將對太陽電池、太陽能貯熱塔和生物氣蘭金渦輪機提出挑戰(zhàn)。太陽能貯熱塔是依靠許多鏡片把太陽光聚焦在中心鍋爐，從而產(chǎn)生蒸汽推動汽輪發(fā)電機的，可惜它只能在白天工作，而尼丁諾熱機卻能二十四小時工作。利用生物產(chǎn)生的氨工作的蘭金循環(huán)渦輪機曾被認為是最佳的海洋熱能轉換系統(tǒng)，但是，尼丁諾熱機遠比蘭金渦輪機結構簡單，而且耐腐蝕，能直接同海水接觸而不污染海洋。

令人樂觀的前景

目前，尼丁諾合金還處在初期發(fā)展階段，還存在許多問題有待于解決。例如，當它受的應力超過一定限度后就產(chǎn)生永久變形，或出現(xiàn)疲勞。它的價格還比較貴。另外，為了使它能在一定的溫度下變形和工作，必須把鎳和鈦的百分成分的精度控制在千分之一以下。生產(chǎn)尼丁諾合金要求特殊的真空爐和復雜的控制純度的裝置。迄今為止生產(chǎn)的尼丁諾合金的純度還不夠高，以至要求尼丁諾熱機在3～4℃溫度下工作還有困難。但是，前景是令人樂觀的。地球上的鎳和鈦含量都比較豐富，因此尼丁諾的價格有可能進一步降低，精度也可以進一步提高?？茖W家們預料，尼丁諾熱機的誕生和使用，對于世界范圍內(nèi)新能源的開發(fā)研究，將會產(chǎn)生巨大的影響。

(摘自《知識就是力量》1982年第12期，原題為《嶄新的發(fā)動機》)

(題圖:宋麗萍)