鎳鈦 (NiTi) 形狀記憶合金 (SMA) 是一種獨(dú)特的金屬材料，在低溫狀態(tài)下可拉伸或彎曲并保持形變狀態(tài)，而當(dāng)溫度升高時(shí)又能恢復(fù)原始形狀。這種特性使其在外科植入物、防燙傷閥門(mén)、電動(dòng)執(zhí)行器等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于 SMA 具有熱響應(yīng)特性，研究人員借助紅外相機(jī)來(lái)深入探究其形變機(jī)制。

挑戰(zhàn)：捕捉復(fù)雜材料中的非均勻熱行為

NiTi SMA 因其卓越的彈熱效應(yīng) (eCE) 和超彈性，成為固態(tài)制冷技術(shù)中最具潛力的材料之一。然而，精確表征其熱行為——尤其是在機(jī)械應(yīng)力作用下的表現(xiàn)——仍然是一項(xiàng)復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

香港理工大學(xué)科學(xué)主任 Ruien Hu 博士解釋道：“應(yīng)力作用會(huì)導(dǎo)致某些特殊形狀記憶合金出現(xiàn)溫度變化，這一現(xiàn)象已得到廣泛驗(yàn)證。” “我們過(guò)去采用熱電偶來(lái)測(cè)量溫度變化，但其單點(diǎn)測(cè)溫方式難以捕捉試件表面的非均勻溫度分布——尤其考慮到鎳鈦合金固有的非均質(zhì)特性。”

對(duì)全域高速熱成像技術(shù)的需求

為突破這些限制，Hu 博士團(tuán)隊(duì)最終選用了 FLIR 的科研級(jí)紅外相機(jī)。他們選擇的 FLIR X8583 中波高速相機(jī)配備先進(jìn)的光學(xué)鏡頭、濾波片和軟件。

Hu 博士說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)方案采用拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)形狀記憶合金進(jìn)行拉壓測(cè)試。” “同時(shí)通過(guò) FLIR 相機(jī)同步記錄并分析應(yīng)力作用下的溫度變化。這種能力對(duì)理解彈熱效應(yīng)機(jī)理具有關(guān)鍵作用。”

FLIR X8583相機(jī)具備 1280 × 1024 分辨率的高速熱成像能力，完美滿足研究團(tuán)隊(duì)需求，可清晰捕捉機(jī)械載荷循環(huán)過(guò)程中材料表面的非均勻溫度分布——這種觀測(cè)能力是傳統(tǒng)傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

FLIR X8583 相機(jī)

科學(xué)發(fā)現(xiàn)：微觀結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的熱非均勻性

在近期的一項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)采用激光粉末床熔融 (LPBF) 技術(shù)制備了近等原子比成份的鎳鈦合金。他們發(fā)現(xiàn)，其彈熱效應(yīng)存在顯著的非均勻性，單一樣品表面溫差最高達(dá) 4.2 開(kāi)爾文。

Hu 博士指出：“紅外熱成像顯示，在壓縮誘導(dǎo)彈熱效應(yīng)過(guò)程中，材料表面溫度分布呈現(xiàn)明顯的非均勻特征。” “這主要源于 LPBF 制備的鎳鈦合金存在微觀結(jié)構(gòu)不均勻特性。”

采用 LPBF 技術(shù)制備的鎳鈦合金樣品

粉末形貌

FLIR 熱成像技術(shù)成功捕捉到條紋狀的高低溫分布區(qū)域，使研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⒕Я３叽?、位錯(cuò)密度和析出物分布與材料的功能性能直接關(guān)聯(lián)。

粉末相變曲線

客戶證言：FLIR為 科研帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)

“FLIR 紅外相機(jī)的高分辨率特性為我們的研究提供了關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槲覀兊脑嚇酉鄬?duì)較小。此外，其卓越的幀率性能可精準(zhǔn)捕捉瞬態(tài)溫度變化，這對(duì)我們的分析至關(guān)重要。FLIR 顯著提升了我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ刮覀兡軌蛞愿?xì)的尺度和更高的準(zhǔn)確度，揭示試樣內(nèi)在的熱行為規(guī)律。”Hu 博士說(shuō)。

成果：認(rèn)知提升與科學(xué)影響

借助 FLIR 強(qiáng)大的熱成像技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)得以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

-揭示微觀結(jié)構(gòu)不均勻性在溫度分布中的作用

-完整捕捉循環(huán)機(jī)械測(cè)試中的全場(chǎng)熱響應(yīng)

-獲得對(duì)超彈性和功能性疲勞的新見(jiàn)解

-首次循環(huán)即實(shí)現(xiàn) 96.1% 的恢復(fù)率——優(yōu)異超彈性的有力證明

這些發(fā)現(xiàn)為固態(tài)制冷技術(shù)和自適應(yīng)材料設(shè)計(jì)的深入研究做出了重要貢獻(xiàn)。

支持和未來(lái)探索

研究團(tuán)隊(duì)特別感謝 FLIR 提供的技術(shù)支持：

“FLIR 技術(shù)代表 Liu Yongbo 先生的指導(dǎo)，為我們解決了多項(xiàng)技術(shù)難題，讓我們受益匪淺。隨著研究的深入，我們期待繼續(xù)保持緊密合作并獲得更多支持。”

Hu 博士及其團(tuán)隊(duì)亦有意參與 FLIR 用戶大會(huì)和科學(xué)論壇，以分享成果并促進(jìn)研究界的合作。

結(jié)論：使用 FLIR X8583

檢測(cè)難以探測(cè)的物體FLIR X8583 高速紅外相機(jī)憑借其快速、全域的熱成像能力，已成為香港理工大學(xué)不可或缺的研究設(shè)備。該設(shè)備使科研人員能夠深入探究鎳鈦合金等先進(jìn)材料中隱藏的熱動(dòng)力學(xué)特性——這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)是傳統(tǒng)傳感器無(wú)法獲取的。

FLIR X8583 不僅記錄溫度數(shù)據(jù)，更能揭示其背后的科學(xué)原理。從微觀結(jié)構(gòu)行為解析到智能材料和固態(tài)制冷技術(shù)的創(chuàng)新突破，F(xiàn)LIR 持續(xù)拓展熱力學(xué)研究的極限邊界。

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