是不是很牛逼？三维实验为形状记忆合金的研究提供了新线索！
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博科公园-科普:这三篇论文的第一作者、现为明尼苏达大学博士后研究员的Ashley Bucsek博士表示:然而，这与其技术影响力并不匹配——在这2万项SMA专利中，只有有限的几项被实现为商业上可行的产品，其他许多先进材料也类似，从开发到实现需要几十年的时间。开发和实现之间的这种差距的原因之一是，研究人员实际上是用传统的显微镜技术来刮擦表面，而SMAs中的大多数微观机制是三维的、平面外的，并且对内部约束非常敏感。为了弥补这一差距，Bucsek和他的同事们将NiTi(最广泛使用和可用的sma)放在纽约州北部康奈尔大学康奈尔高能同步加速器光源(CHESS)最强大的3d显微镜下。
具体来说，使用近场和远场高能衍射显微镜(HEDM)，这是在三维X射线衍射技术的保护伞下，使她可以三维可视化材料的内部微观结构，其反应是实时的。虽然HEDM在国际上和其他同步加速器领域已经发展了十几年，但是用HEDM来研究低对称相混合物和大晶体尺寸差异的先进材料过程基本不存在。因此，这三个实验都需要开发新的实验、数据分析和数据可视化技术来提取所需的信息。许多结果令人惊讶，揭示了SMA微观力学领域几十年的争论。在SMAs中，通常高度对称的“奥氏体”相在高温下是稳定的，但如果施加足够的应力或降低温度，就会变成低对称的“马氏体”相。
第一篇论文《用远场高能衍射显微镜测量应力诱发马氏体的微观结构》发表在《晶体学报A:基础与进展》上，旨在预测马氏体的具体变化。利用该方法发现，SMAs中的马氏体显微组织严重违反了最大变形加工标准的预测，这表明对于SMAs可能具有工程级显微组织特征和缺陷的情况，广泛接受的最大变形加工标准的应用需要进行修正。第二个实验研究载荷诱导的孪晶重排，或马氏体再取向，这是一种可逆的变形机制。通过这种机制，材料可以承受较大的载荷和变形，而不会被晶体孪晶重排损坏。在宏观变形区，当它们在微观组织中传播时，会发生一系列特定的孪晶重排微观机制。
结果表明，这些带中的应变局域化导致晶格弯曲高达15度，这对于弹性应变、解析切应力和孪晶重排的最大实现具有重要意义。这些发现将指导未来的研究人员在新的多铁性技术中使用孪晶重排。固态驱动是SMAs最重要的应用之一，在许多纳米机电和微机电系统、生物医学、主动阻尼和航空航天驱动系统中都有应用。最终实验的目标是SMAs作用下奥氏体晶粒中特殊的大角度晶界现象。在驱动过程中，在恒定载荷下，SMA被加热、冷却和再加热，以诱导从奥氏体到马氏体再到奥氏体的转变。电镜观察到试样再加热时奥氏体会发生较大的旋转，不利于输出功和疲劳。
但由于电子显微镜要求的样品量较小，观察到的这些转动非常不一致，在相同的载荷条件下出现，但后来没有出现，或者几个循环后出现，但几千个循环后没有出现。研究结果表明，在温和的条件下，这些颗粒的旋转只能发生在一个周期内。但是由于体积小，旋转分散不均匀，需要一个体积来观察它们。巴克塞克的研究经费来自美国国家科学基金会(NSF)研究生研究奖学金，她的博士生导师、合著者、罗林森矿业机械工程副教授Aaron Taibner获得了2015年度NSF事业奖。用高性能计算机分析数据所需的额外资金来自NSF XSEDE项目。巴克塞克博士在这些文章中记录的论文工作表明，利用3d技术研究材料的3d结构是非常重要的。
这是她第一次能够观察和理解这个已经被假设和争论了50多年的机制。像大多数技术一样，采用新材料的最大障碍是对未知的恐惧。这种认识无疑会使这些神奇的材料得到更广泛的接受和应用，因为它增强了我们对开发证书和合格材料的信心。美国国家科学基金会还为X射线显微镜测量提供康奈尔高能同步加速器光源的操作。科学家达伦·帕甘(Darren Pagan)表示:在她的论文工作中，巴克塞克博士开发了一种新的创造性方法，将HEDM方法应用于形状记忆合金系统的研究，并克服了与数据处理和解释相关的挑战，使人们对形状记忆合金变形的微观力学有了新的认识！
博科公园-科普|研究/来自:科罗拉多矿业学院
参考资料:材料快报，固体力学和物理学杂志，晶体杂志。
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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