镍金属元素：科技创新与突破的基石之一
导读： 在未来的几十年甚至几百年里，镍的多种特质仍然是科技创新和突破的基石。镍的形状记忆性、电化学特性和磁学特性，能直接促进科技发展。在创新应用中，镍合金的特质也使它能兼容其他元素和材料。
虽然世界上许多地方的生活质量在不断提高，但全球仍有数以百万计的人生活在贫穷线以下。创新科技能帮助人类过上更优质、更高效的生活，并能同时帮助发达国家和发展中国家解决各种需求问题。为了保持竞争力，制造商们必须推出创新的产品和服务以改善用户的体验。同时，越来越多的消费者都希望产品能贴上具有环境和社会信息的标签，说明他们更加看重产品的道德伦理因素。
随着市场上的手机、手提电脑、手提设备和其他无线器材不断推陈出新，设备功能也越来越智能化，数字通信将成为未来世界不可缺少的一部分。
镍与创新
在未来的几十年甚至几百年里，镍的多种特质仍然是科技创新和突破的基石。镍的形状记忆性、电化学特性和磁学特性，能直接促进科技发展。在创新应用中，镍合金的特质也使它能兼容其他元素和材料。
在往后的几十年中，产品与工艺设计都将有巨大发展，材料在使用寿命终结时将更容易被识别、分离和回收。产品的设计会越来越注重环境影响，这也将对产品的开发过程产生重大影响。产品设计的着力点不仅是产品的用途，还要关注产品在使用周期结束后如何处理。将能够从垃圾堆填区的废旧产品，例如电池、电气系统、电话、紧固件等成千上百种消费产品中，回收包括镍在内的更多金属，从而实现循环再利用。由于镍具有很高的经济价值和原始特质还原能力，所以无论是从经济效益，还是从管理和道德方面考虑，都应该回收这种高性能的金属元素。
镍与新材料
研究员们成功发明出一种微晶格结构，它就像一座微型的埃菲尔铁塔，虽然强度很高，但其结构中大部分都是空气。整个结构主要由中空的镍管制成。这项发明的密度超低，拥有冲击吸收特性，能广泛应用于多个行业，如车辆、飞机和电池等。凭借着每立方厘米0.9毫克的密度，它已经成为世界上最轻的材料。这款“微晶格”的主要设计目的是吸收声音、振动和冲击，但它也可能应用在其他领域，例如锂离子电池、计算机冷却装置以及汽车、飞机和太空飞船的制造当中，这些行业对轻质金属的需求都非常高。
镍与形状记忆合金
镍钛形状记忆合金是一款智能金属，它能“记住”原本的形态，因此在出现变形以后，只须加热，它就能恢复形状。
在未来的某一天，地震多发区的桥梁可能会从使用这种具有超级弹性的镍钛形状记忆合金之中获益。一般来说，在地震发生期间，桥梁会不停地往复摆动，但最终摆向一方，使整座桥梁向一侧倾斜。新的研究显示，如果在修建桥柱时应用镍钛记忆合金，那么土木工程师们就能减少地震对桥梁的伤害。
化学工程师们一直探索在表皮电子器件中使用可自愈聚合物的可能性。他们在研究中发现，当前开发的所有可自愈聚合物的导电性都非常低，因此在电子感应器中几乎用不上。于是，研究员们尝试加入镍原子，让其在金属原子之间游走，从而增加聚合物的导电性。研究成果成功地改善了聚合物的电阻性，压力和扭转等外力作用已经能在聚合物的行为中有所反映。这种材料简直像是合成的人体皮肤，既有弹性和敏感性，又能导电和自我修复。
镍与新一代绿色技术
长期以来，人们一直在寻找把余热转化为可用电能的高效方法。其中一个有望实现的解决方案就用到了一种多铁性合金。它含有45%的镍，能支持这个转化过程。在特定的温度下，多铁性合金能出现相位突变，使它的铁磁性、铁电性或铁弹性出现显著改变。通过这个过程，就可以利用许多种余热资源来发电了。
这些余热资源包括来自汽车尾气和电子设备（如电脑）的余热，还有发电站和工厂的余热，后两者如今主要还是通过烟囱排放，或者通过换热器排入湖泊或海洋。利用镍的电化学特性，目前浪费掉的余热将有望转变成无碳能源。
镍与通信技术
镍在当今的通信技术中扮演着核心角色。
镍在手机电池以及设备的电子功能方面发挥着关键作用。它是手机电子电路元件——电容的主要成分。新一代的电容器抛弃了昂贵的旧式技术，不再使用金、钯等贵金属，而使用了多层超细镍粉。镍降低了部件的成本，使更多人用上手机技术，同时也减少了制造商对稀有元素的需求，节省了大量的经济和环境消耗。
近几十年来，计算机和笔记本电脑的体积越来越小，而储存、运转和高速的能力却不断增强。在第一个计算机磁盘储存系统面世之时，磁盘的尺寸比老式的黑胶唱片（直径为150毫米）大一倍，且只能存储100K字节。如今，硬盘的尺寸宽度可少于1厘米，却可储存超过400G字节，其性能提高了6000万倍。
计算机技术领域的革新离不开读写磁头的发展。如今，最高级的读写磁头使用的是薄膜技术。镍，正是这种技术的关键要素，在薄膜磁头的两层磁合金中，镍成分占了81%。自从研究员们在1979年把这种薄膜磁头引入计算机以后，磁记录的储存密度每8年就要翻10番。这项进步使得硬盘技术在大量消费设备中得以推广，如智能手机、MP3播放器和游戏机等。
铜镍纳米线由铜和镍合成，能降低如电子纸、智能包装以及嵌有互动元素的衣料等电子材质上的打印成本。除了这些用途以外，它的应用范围还可以扩展到平板电视、电子阅读器、智能手机等设备。这些应用环境都要求薄膜具有导电性，同时还不能阻挡光的传递。铜纳米线薄膜可以从液体中沉积而成，过程快捷，价格实惠。这些导电薄膜不但比当前常用的薄膜更具弹性，而且与铟相比，所用的铜的储量要丰富1000倍，价格也要低100倍。在铜纳米线外部覆盖了镍涂层以后，它的耐氧化性将比铜纳米线薄膜强1000倍，比银纳米线薄膜强100倍。由于铜镍纳米线拥有这些特质，因此在可打印电子装置中，它是透明导电薄膜的最佳制作材料。
（本文由国际镍协会提供资料整理而成）
来源： 中国有色金属报
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