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博科公園-科普:這三篇論文的第壹作者、現為明尼蘇達大學博士後研究員的Ashley Bucsek博士表示:然而，這與其技術影響力並不匹配——在這2萬項SMA專利中，只有有限的幾項被實現為商業上可行的產品，其他許多先進材料也類似，從開發到實現需要幾十年的時間。開發和實現之間的這種差距的原因之壹是，研究人員實際上是用傳統的顯微鏡技術來刮擦表面，而SMAs中的大多數微觀機制是三維的、平面外的，並且對內部約束非常敏感。為了彌補這壹差距，Bucsek和他的同事們將NiTi(最廣泛使用和可用的sma)放在紐約州北部康奈爾大學康奈爾高能同步加速器光源(CHESS)最強大的3d顯微鏡下。
具體來說，使用近場和遠場高能衍射顯微鏡(HEDM)，這是在三維X射線衍射技術的保護傘下，使她可以三維可視化材料的內部微觀結構，其反應是實時的。雖然HEDM在國際上和其他同步加速器領域已經發展了十幾年，但是用HEDM來研究低對稱相混合物和大晶體尺寸差異的先進材料過程基本不存在。因此，這三個實驗都需要開發新的實驗、數據分析和數據可視化技術來提取所需的信息。許多結果令人驚訝，揭示了SMA微觀力學領域幾十年的爭論。在SMAs中，通常高度對稱的“奧氏體”相在高溫下是穩定的，但如果施加足夠的應力或降低溫度，就會變成低對稱的“馬氏體”相。
第壹篇論文《用遠場高能衍射顯微鏡測量應力誘發馬氏體的微觀結構》發表在《晶體學報A:基礎與進展》上，旨在預測馬氏體的具體變化。利用該方法發現，SMAs中的馬氏體顯微組織嚴重違反了最大變形加工標準的預測，這表明對於SMAs可能具有工程級顯微組織特征和缺陷的情況，廣泛接受的最大變形加工標準的應用需要進行修正。第二個實驗研究載荷誘導的孿晶重排，或馬氏體再取向，這是壹種可逆的變形機制。通過這種機制，材料可以承受較大的載荷和變形，而不會被晶體孿晶重排損壞。在宏觀變形區，當它們在微觀組織中傳播時，會發生壹系列特定的孿晶重排微觀機制。
結果表明，這些帶中的應變局域化導致晶格彎曲高達15度，這對於彈性應變、解析切應力和孿晶重排的最大實現具有重要意義。這些發現將指導未來的研究人員在新的多鐵性技術中使用孿晶重排。固態驅動是SMAs最重要的應用之壹，在許多納米機電和微機電系統、生物醫學、主動阻尼和航空航天驅動系統中都有應用。最終實驗的目標是SMAs作用下奧氏體晶粒中特殊的大角度晶界現象。在驅動過程中，在恒定載荷下，SMA被加熱、冷卻和再加熱，以誘導從奧氏體到馬氏體再到奧氏體的轉變。電鏡觀察到試樣再加熱時奧氏體會發生較大的旋轉，不利於輸出功和疲勞。
但由於電子顯微鏡要求的樣品量較小，觀察到的這些轉動非常不壹致，在相同的載荷條件下出現，但後來沒有出現，或者幾個循環後出現，但幾千個循環後沒有出現。研究結果表明，在溫和的條件下，這些顆粒的旋轉只能發生在壹個周期內。但是由於體積小，旋轉分散不均勻，需要壹個體積來觀察它們。巴克塞克的研究經費來自美國國家科學基金會(NSF)研究生研究獎學金，她的博士生導師、合著者、羅林森礦業機械工程副教授Aaron Taibner獲得了2015年度NSF事業獎。用高性能計算機分析數據所需的額外資金來自NSF XSEDE項目。巴克塞克博士在這些文章中記錄的論文工作表明，利用3d技術研究材料的3d結構是非常重要的。
這是她第壹次能夠觀察和理解這個已經被假設和爭論了50多年的機制。像大多數技術壹樣，采用新材料的最大障礙是對未知的恐懼。這種認識無疑會使這些神奇的材料得到更廣泛的接受和應用，因為它增強了我們對開發證書和合格材料的信心。美國國家科學基金會還為X射線顯微鏡測量提供康奈爾高能同步加速器光源的操作。科學家達倫·帕甘(Darren Pagan)表示:在她的論文工作中，巴克塞克博士開發了壹種新的創造性方法，將HEDM方法應用於形狀記憶合金系統的研究，並克服了與數據處理和解釋相關的挑戰，使人們對形狀記憶合金變形的微觀力學有了新的認識！
博科公園-科普|研究/來自:科羅拉多礦業學院
參考資料:材料快報，固體力學和物理學雜誌，晶體雜誌。
DOI:10.1016/j . script Amat . 2018.11.043
DOI:10.1016/j . jmps . 2018.12.003
DOI:10.1107/205327331800880 x
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