形状記憶合金

針金やハンガーを手で強く曲げると、曲がったまま形が固まってしまいます。ふつうの金属は強い力を受けると、原子（物質をつくっている基本の粒）が位置を永久にずらして動いてしまうからです。

ところが形状記憶合金でできためがねのフレームは、うっかり踏んづけてぐにゃぐにゃになっても、簡単には折れません。力を抜いた瞬間、まるで時間を巻き戻したかのように元の形にぱっと戻ります。こうしためがねのフレームの多くは、常温でそのまま元の形にはね返るように作られた「超弾性」という性質を使っています。熱を加えて戻す形状記憶効果とは、同じ原理の別の顔です。

形状記憶合金の針金を冷やして曲げると、曲がったままでいますが、温かいお湯に入れた瞬間、元の形にのびます。金属が壊れたのではなく、温度が変わるのを待っていたわけです。このように、外からの衝撃で形が変わっても、ある条件で元の形に戻る性質を形状記憶効果と呼びます。

この不思議な現象の秘密は、温度によって金属の内部の原子の並び方がまるごと変わる結晶構造の相変態（状態の変化）にあります。

温度が低いとき、形状記憶合金は、原子が斜めにゆるく組み合わさった「マルテンサイト」というやわらかい状態になります。この状態では、手で力を加えても原子どうしの結びつきが切れるのではなく、層がずれるようにしなやかに傾くので、形が簡単にゆがみます。

ところが、ここに熱を加えて温度を上げると、原子たちは、かたくてきれいに整った格子状の「オーステナイト」という状態へいっせいに変身します。このとき、傾いていた原子たちが最初に覚えていた高温のときの規則正しい位置へ寸分の狂いもなくぴょんと戻り、金属全体が元の姿へ力強く戻るのです。

形状記憶合金のユニークな性質は、身のまわりだけでなく、宇宙探査や最先端の医療の分野でも大活躍しています。もっとも代表的な材料は、ニッケルとチタンをほぼ半分ずつ混ぜた「ニチノール」という合金です。

宇宙の分野では、アンテナや太陽電池パネルをロケットの中に小さく折りたたんで積み、宇宙で熱を受けると自分で広がるようにする方法が研究され、一部では使われています。折りたたんだ部品を解き放つロック装置に形状記憶合金を使うこともあります。重いモーターを減らせるのが利点です。

人の命を救う病院でも、なくてはならない存在です。狭くなった血管を広げる網状の器具である血管ステントが代表例です。とくに、首や脚のように外から押されやすい血管に使うステントに多く使われます。ごく細く折りたたんだステントを、細い管の中のカバーに収めて血管まで運び、カバーを引き抜くと、体温で弾力が大きくなった合金が元の大きさにぱっと広がり、詰まった血の通り道をすっきりと開いてくれます。