Nanokrystallinske formhukommelseslegeringer mister deres hukommelse, da de krystallinske korn bliver mindre

Evnen til formhukommelseslegeringer, bruges som materialer til medicinske stents, at vende tilbage til deres oprindelige form efter en stigning i temperaturen er undertrykt ved nanometer kornstørrelser på grund af effekter relateret til den større andel af korngrænser, ifølge en matematisk model udviklet af A*STAR -forskere. Dette fund hjælper med at forklare formhukommelsestab i og øge vores forståelse af nanokrystallinske formhukommelsesmaterialer, hvilket vil føre til forbedringer i designet af sådanne enheder.

"Formhukommelseslegeringer bruges almindeligvis som materialer til medicinske stents på grund af deres interessante formhukommelse og mekaniske egenskaber, og også i andre biomedicinske og tekniske applikationer, "siger forsker, Rajeev Ahluwalia, fra A*STAR Institute of High Performance Computing.

Formhukommelse refererer til et materiales evne til at vende tilbage til sin oprindelige form, normalt ved opvarmning, efter relativt store deformationsgrader. Denne formgenopretning opstår, fordi atomer i materialets krystallinske struktur ændrer deres relative arrangementer, når der er et fald i temperaturen, og vende tilbage til deres oprindelige websteder ved genopvarmning. Denne form for 'martensitisk' transformation kan være yderst nyttig i forskellige applikationer, men eksperimentelt har det vist sig, at denne transformation undertrykkes, efterhånden som de konstituerende krystalkorn nærmer sig nanoskala -dimensioner. Dette reducerer potentielt anvendeligheden af ​​formhukommelseslegeringer i små skalaer.

Ahluwalia og hans team udviklede en matematisk model for martensitisk transformation, der med succes gengiver eksperimentelt observeret undertrykkelse af transformationen i disse materialer (se billede).

"Vores model viser, at denne undertrykkelse af den martensitiske transformation kan tilskrives korngrænseeffekter, "forklarer Ahluwalia." Korngrænser kan pålægge en energistraf under transformation, undertrykker transformationen lokalt ved korngrænser, og fører til fuldstændig undertrykkelse af transformation i små korn under en kritisk kornstørrelse. "

Mens det viser, at den temperaturinducerede transformation undertrykkes i nanograin -regimet, holdets fund forklarede også reduktionen i 'mekanisk hysterese' - forskellen i, hvordan et materiale deformeres under en given kraft afhængigt af, om det læsses eller læsses - efterhånden som kornstørrelsen falder. Dette indebærer reduceret energitab og reduceret mekanisk træthed - ønskelige egenskaber, der kan opnås ved at reducere kornstørrelsen.

"At forstå årsagen bag disse interessante adfærd ved små kornstørrelser giver os et middel til at designe materialemikrostrukturer til at have ønskelige egenskaber, "siger Ahluwalia.