执行器作为各种机械设备中的关键部件，负责实现能量转换和物理运动的控制能力，广泛应用于航空航天、汽车工业和先进制造等领域。传统的电磁、液压或气动执行器在低温环境中的性能往往受到限制，驱动响应速度、体积重量及能量密度等方面面临诸多挑战。相比之下，形状记忆合金（SMA）凭借其独特的热驱动机制和优异的力学响应成为微型化、多功能执行器设计的重要材料基础。然而，现有的Ti-Ni基SMA因其马氏体转变温度限制，难以满足在极低温度下的应用需求。近年来，铜铝锰基SMA的发展引发了学术界和工业界的高度关注，因其显著改善的低温性能和机械可靠性，为低温执行器领域带来前所未有的突破。铜铝锰合金的低温形状记忆效应及其相变行为展现出极具竞争力的高激励应力和应变，使得其在50至270 K的宽温区间内均能稳定运行，这一性能远超传统Ti-Ni基材料约束的温度范围，极大扩展了低温应用的可能性。
该合金的单晶结构有效提升了形变恢复的完整性和功输出密度，最大功输出达到10^7 J/m³，明显优于多数同类材料，有力支撑了在低温极端环境下执行复杂控制任务的需求。铜铝锰SMA通过应力-温度等温循环测试验证了其在低温区间内的可逆马氏体转变过程，并成功实现了应力辅助的形状记忆效应，这不仅包括形变恢复，同时伴随高效能的机械能输出。其富Mn元素和适量Ni元素的成分设计，不仅调控了相变温度，还显著改善了材料的韧性和冷加工性能，克服了部分铜基合金脆性的缺陷，使得生产过程更易控制且性能更稳定。此外，铜铝锰SMA独特的热力学特性表现在其相变熵的保持上，通过克劳修斯-克拉佩龙方程证明其相变驱动力在低温下仍保持较大值，确保了低温区间内的形状记忆效应不会因热力学限制而衰减。与Ti-Ni合金在低于150 K时相变熵趋近于零的现象相比，铜铝锰合金的这一优势使其成为低温应用理想的材料选择。利用这种材料，研究团队设计并实现了基于单晶Cu-Al-Mn的机械热开关装置，专为太空红外望远镜低温热控制打造。
该热开关能够在约100 K的环境温度下，通过利用合金的马氏体转变实现热导率的开关控制，有效切断或连接热流，从而实现高灵敏度的温度调控。实验结果显示，该热开关结构具备稳定的循环性能和较长的使用寿命，能满足空间任务对设备可靠性的苛刻要求。热开关在冷却过程中成功吸合，实现热量传递；在加热阶段则通过形状记忆效应复位，实现热绝缘断开。此技术的商业化和推广将极大提升航天冷却系统的效率与安全性，有效减轻载荷重量，降低成本。值得关注的是，铜铝锰合金制品具备优异的冷加工适应性，能够通过热处理控制晶粒生长，获得大尺寸单晶材料，满足大规模工业需求。其成分调控技术的成熟为定制不同转变温度和性能特点提供了可能，助力更多低温环境中多样化执行方案的实现。
此外，该合金在超导装置、液氢存储与输送系统中同样展现出极大潜力。随着全球对氢能源及空间探测技术的需求增长，具备高功率密度和宽温域运行能力的铜铝锰形状记忆合金必将成为低温执行器材料的新标杆。虽然现阶段该材料在实际工业应用中仍需面对制造成本控制、疲劳寿命优化及大规模可靠性验证等挑战，但其独特的性能优势为实现未来低温智能执行器系统提供了坚实基础。未来的研究方向包括提升对微观相变机理的理解，优化纳米结构设计，实现更加高效、持久的性能表现，同时结合智能传感和控制技术，打造完全自主响应的低温智能驱动器。铜铝锰基形状记忆合金的问世与快速发展，标志着低温驱动技术进入全新里程碑。它不仅解决了传统材料无法覆盖的低温运行难题，还通过其稳定的形状记忆效应和高机械输出，为航天探测、超导技术、以及液化气体工业的未来发展提供有力支撑。
随着技术的逐步成熟和应用的不断扩展，这种新型材料有望催生出更多创新型执行器和智能控制系统，推动低温科技与工程实现质的飞跃。
