नितिनोल आकार मेमोरी मिश्र धातु

निकेल टाइटेनियम, जिसे नाइटिनोल भी कहा जाता है, निकल और टाइटेनियम का एक धातु मिश्र धातु है, जहां दोनों तत्व लगभग बराबर परमाणु प्रतिशत में मौजूद होते हैं। विभिन्न मिश्रधातुओं का नाम निकेल के भार प्रतिशत के अनुसार रखा गया है; उदाहरण के लिए, निटिनॉल 55 और निटिनॉल 60।

नितिनोल मिश्र धातु दो निकट से संबंधित और अद्वितीय गुण प्रदर्शित करते हैं: आकार स्मृति प्रभाव और सुपरइलास्टिसिटी (जिसे स्यूडोइलास्टिसिटी भी कहा जाता है)। आकार स्मृति नाइटिनोल की एक तापमान पर विरूपण से गुजरने की क्षमता है, जब बाहरी बल हटा दिया जाता है तो अपने विकृत आकार में रहता है, और फिर अपने "परिवर्तन तापमान" से ऊपर गर्म करने पर अपने मूल, अविकृत आकार को पुनः प्राप्त करता है।

NiTi यौगिक.

नितिनोल के असामान्य गुण एक प्रतिवर्ती ठोस-अवस्था चरण परिवर्तन से प्राप्त होते हैं, जिसे दो अलग-अलग मार्टेंसाइट क्रिस्टल चरणों के बीच मार्टेंसिटिक परिवर्तन के रूप में जाना जाता है, जिसके लिए 69-138 एमपीए (10, 000 - 20, 000 पीएसआई) की आवश्यकता होती है। यांत्रिक तनाव.

उच्च तापमान पर, नाइटिनोल एक इंटरपेनेट्रेटिंग सरल घन संरचना ग्रहण करता है जिसे ऑस्टेनाइट (जिसे मूल चरण भी कहा जाता है) कहा जाता है। कम तापमान पर, नाइटिनोल अनायास एक अधिक जटिल मोनोक्लिनिक क्रिस्टल संरचना में बदल जाता है जिसे मार्टेंसाइट (बेटी चरण) के रूप में जाना जाता है।[8] ऑस्टेनाइट-टू-मार्टेंसाइट और मार्टेंसाइट-टू-ऑस्टेनाइट परिवर्तनों से जुड़े चार संक्रमण तापमान हैं। पूर्ण ऑस्टेनाइट से शुरू करके, मार्टेंसाइट बनना शुरू हो जाता है क्योंकि मिश्र धातु को तथाकथित मार्टेंसाइट प्रारंभ तापमान या एमएस तक ठंडा किया जाता है, और जिस तापमान पर परिवर्तन पूरा होता है उसे मार्टेंसाइट फिनिश तापमान या एमएफ कहा जाता है। जब मिश्र धातु पूरी तरह से मार्टेंसाइट है और हीटिंग के अधीन है, तो ऑस्टेनाइट ऑस्टेनाइट प्रारंभ तापमान, एएस पर बनना शुरू हो जाता है, और ऑस्टेनाइट फिनिश तापमान, एएफ पर समाप्त होता है। [9]

नाइटिनोल के चरण परिवर्तन का थर्मल हिस्टैरिसीस

शीतलन/ताप चक्र थर्मल हिस्टैरिसीस को दर्शाता है। हिस्टैरिसीस की चौड़ाई सटीक नाइटिनोल संरचना और प्रसंस्करण पर निर्भर करती है। इसका विशिष्ट मान लगभग 20-50 डिग्री (36-90 डिग्री फारेनहाइट) तक फैली तापमान सीमा है, लेकिन इसे मिश्रधातु [10] और प्रसंस्करण द्वारा कम या बढ़ाया जा सकता है। [11]

नाइटिनोल गुणों के लिए महत्वपूर्ण इस चरण परिवर्तन के दो प्रमुख पहलू हैं। पहला यह है कि परिवर्तन "प्रतिवर्ती" है, जिसका अर्थ है कि परिवर्तन तापमान से ऊपर गर्म करने से क्रिस्टल संरचना सरल ऑस्टेनाइट चरण में वापस आ जाएगी। दूसरा मुख्य बिंदु यह है कि दोनों दिशाओं में परिवर्तन तात्कालिक है।

मार्टेंसाइट की क्रिस्टल संरचना (जिसे मोनोक्लिनिक, या बी19' संरचना के रूप में जाना जाता है) में परमाणु बंधनों को तोड़े बिना कुछ तरीकों से सीमित विरूपण से गुजरने की अद्वितीय क्षमता है। इस प्रकार की विकृति को ट्विनिंग के रूप में जाना जाता है, जिसमें बिना फिसलन या स्थायी विरूपण के परमाणु विमानों की पुनर्व्यवस्था शामिल होती है। यह इस तरीके से लगभग 6-8% तनाव से गुजरने में सक्षम है। जब मार्टेंसाइट को गर्म करके ऑस्टेनाइट में वापस लाया जाता है, तो मूल ऑस्टेनिटिक संरचना बहाल हो जाती है, भले ही मार्टेंसाइट चरण विकृत हो या नहीं। इस प्रकार उच्च तापमान वाले ऑस्टेनाइट चरण का आकार "याद" किया जाता है, भले ही मिश्र धातु कम तापमान पर गंभीर रूप से विकृत हो जाती है। [12]

शीतलन/ताप चक्र के दौरान नाइटिनोल की क्रिस्टलीय संरचना का 2डी दृश्य

विकृत मार्टेंसाइट को ऑस्टेनाइट में बदलने से रोककर बहुत अधिक दबाव उत्पन्न किया जा सकता है - 240 एमपीए (35,000 पीएसआई) से, कई मामलों में, 690 एमपीए (100,000 पीएसआई) से अधिक ). नाइटिनोल को अपने मूल आकार में लौटने के लिए इतनी मेहनत करने का एक कारण यह है कि यह सिर्फ एक साधारण धातु मिश्र धातु नहीं है, बल्कि एक इंटरमेटेलिक यौगिक के रूप में जाना जाता है। एक साधारण मिश्र धातु में, घटक क्रिस्टल जाली में यादृच्छिक रूप से स्थित होते हैं; एक क्रमबद्ध इंटरमेटेलिक यौगिक में, परमाणुओं (इस मामले में, निकल और टाइटेनियम) के जाली में बहुत विशिष्ट स्थान होते हैं। यह तथ्य कि नाइटिनोल एक इंटरमेटालिक है, मिश्र धातु से बने उपकरणों के निर्माण की जटिलता के लिए काफी हद तक जिम्मेदार है।

अनुप्रयोग

गर्म पानी में रखने के बाद एक नाइटिनोल पेपरक्लिप मुड़ गया और ठीक हो गया

नाइटिनोल के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले चार प्रकार के अनुप्रयोग हैं:

निःशुल्क वसूली

नितिनोल कम तापमान पर विकृत हो जाता है, विकृत रहता है, और फिर आकार स्मृति प्रभाव के माध्यम से अपने मूल आकार को पुनः प्राप्त करने के लिए गर्म किया जाता है।

विवश वसूली

निःशुल्क पुनर्प्राप्ति के समान, सिवाय इसके कि पुनर्प्राप्ति को सख्ती से रोका जाता है और इस प्रकार तनाव उत्पन्न होता है।

कार्य उत्पादन

मिश्र धातु को पुनः प्राप्त करने की अनुमति है, लेकिन ऐसा करने के लिए उसे एक बल के विरुद्ध कार्य करना होगा (इस प्रकार कार्य करना होगा)।

अति लोच

नितिनोल सुपरइलास्टिक प्रभाव के माध्यम से सुपर स्प्रिंग के रूप में कार्य करता है।

सुपरइलास्टिक सामग्री तनाव-प्रेरित परिवर्तन से गुजरती है और आमतौर पर उनकी "आकार-स्मृति" संपत्ति के लिए पहचानी जाती है। अपनी सुपरइलास्टिकिटी के कारण, NiTi तार एक "इलास्टोकैलोरिक" प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, जो तनाव-प्रेरित ताप/शीतलन है। प्रौद्योगिकी के लिए सबसे आशाजनक सामग्री के रूप में NiTi तारों पर वर्तमान में शोध चल रहा है। प्रक्रिया तार पर तन्यता लोडिंग के साथ शुरू होती है, जिससे तरल पदार्थ (तार के भीतर) HHEX (हॉट हीट एक्सचेंजर) में प्रवाहित होता है। साथ ही, गर्मी बाहर निकल जाएगी, जिसका उपयोग आसपास के वातावरण को गर्म करने के लिए किया जा सकता है। विपरीत प्रक्रिया में, तार के तन्यता उतारने से तरल पदार्थ CHEX (कोल्ड हीट एक्सचेंजर) में प्रवाहित होता है, जिससे NiTi तार आसपास से गर्मी को अवशोषित करता है। अतः आसपास के तापमान को कम (ठंडा) किया जा सकता है।

कुशल हीटिंग/कूलिंग के नए तरीकों के रूप में इलास्टोकैलोरिक उपकरणों की तुलना अक्सर मैग्नेटोकैलोरिक उपकरणों से की जाती है। NiTi तारों से बने इलास्टोकैलोरिक उपकरण को अपनी विशिष्ट शीतलन शक्ति (2 हर्ट्ज पर) के कारण गैडोलीनियम से बने मैग्नेटोकैलोरिक उपकरणों पर लाभ होता है, जो 7 0X बेहतर (7 kWh/किग्रा बनाम 0.1 kWh/किग्रा) है। हालाँकि, NiTi तारों से बने इलेक्ट्रोकैलोरिक उपकरणों की भी सीमाएँ हैं, जैसे कि इसकी छोटी थकान जीवन और बड़े तन्य बलों (ऊर्जा की खपत) पर निर्भरता।