Yazarlar DFG öncelikli programının desteği kabul etmek istiyorum 1599 &quot;ferroic malzemelerde kalori etkiler: soğutma için yeni kavramlar&quot; (Projeler: EG101 / 23-1, SCHU2217 / 2-1, SE704 / 2-1, EG101 / 29 -2, SCH2217 / 3-2, SE704 / 2-2).

1. Numune Hazırlama <ol><li> kaliperler ile SMA kurdele ölçün ve numunenin kesiti belirler. </li><li> yüksek yayım (ε = 0.96) boya ince bir tabaka şerit kaplanmasıyla İR ölçümleri için örnek hazırlayın. Dikkat: Boya tahriş edici olarak sınıflandırılır. Eldiven, koruyucu gözlük ve ağız koruma boya işlenmesi sırasında giyilmelidir. </li></ol> 2. Malzeme Sabitleme (Eğitim) Not: İlk mekanik bisiklet mekanik ve termal malzeme istikrar yol açar. stabilizasyon etkisinin araştırılması ve eğitim prosedürünün kendisi, aktüatör kullanımı ve test teçhizat üst düzey yanı sıra IR kamera monte sensörleri gerektirir. <ol><li> motor kontrol programını başlatın ve yüklü ayarlarını kontrol edin. pozisyon modu ve komut moduna ayarlarını değiştirin. Motor aktif modda olduğundan emin olun. </li><li> Set üzerinde 0 um ve tıkla motor kontrol programında hedef pozisyon butonuna &quot;operasyonu etkinleştirmek&quot; - bu pozisyonda kelepçeler arasındaki mesafe 90 mm&#39;dir. </li><li> deney düzeneği kelepçeler arasında örnek yerleştirin ve örnek hizalamak için özel tasarlanmış bir hizalama aracını kullanın. </li><li> Yük hücresi ve örnek bükme yükü önlemek için bir montaj cihazı kullanılarak kelepçeleri sıkıştırın. (: 20 Nm tork sıkma) tekrarlanabilir sıkma kuvveti sağlamak için vida sıkma bir tork anahtarı kullanın. </li><li> mevcut motor konumunu kontrol edin ve motor başlangıç ​​konumuna (0 mikron) de olduğundan emin olun. </li><li> IR kamera yazılımını başlatın ve bir yakın çekim lens ile birlikte 50 mm lens için kalibrasyon yükleyin. 1.280 x 100 piksel boyutu ve -20 ° C ile 50 ° C arasında bir sıcaklık aralığı seçin. motorlu odaklama ünitesini kullanarak kamerayı yerleştirin ve tüm numune kameranın görüş alanında onaylayın. Not: IR kamera, combina içindeSeçilen lens sistemi tion, odak uzunluğu (f), 50 mm, f / 2 ve 200 mm&#39;lik bir çalışma mesafesinde 60 um&#39;lik bir minimum piksel boyutunun bir açıklığın. </li><li> eğitim ve malzeme karakterizasyonu için kontrol programı açın ve kontrol parametrelerini (deplasman, hız, tutma süresi, maksimum ve minimum kuvvet, döngü sayısı ve kamera çerçeve oranı) ayarlayın. <ol><li> Başlangıç ​​konumunu (0 mikron) ayarlayın ve malzeme tamamen kalkmasına dönüşüme uğrar ve böylece hedef konumunu (4,500 mikron) seçin. </li><li> İstenilen gerilme hızını karşılamak için doğrusal doğrudan tahrik hızı (hız yükleme / boşaltma) ayarlayın. Süreç ile ilgili eğitim soğutma için 5 x 10 -4 saniye -1 (45 mm / sn aktüatör hızı) bir gerilme hızı seçin. <ol><li> Lineer doğrudan tahrik hızını belirler (v) (seçilen suş oranı esas alınarak <img alt="epsilon" src="/files/ftp_upload/53626/epsilon.jpg" /> ) Ve 90 mm ​​(v başlangıç ​​numune uzunluğu (l 0) = &lt;img alt = &quot;epsilon&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 53626 / epsilon.jpg&quot; /&gt;) l 0 ∙ </li></ol></li><li> 0 sn tutma süresini ayarlayın. </li><li> Yeni bir numune ile ilk döngüsü için 1 döngü sayısını ayarlayın. </li><li> basınç yükü ve çekme aşırı (minimum yük 1 MPa, maksimum yük 800 Mpa) önlemek için numune özgü minimum ve maksimum kuvvet seviyesini ayarlayın. </li><li> 50 milisaniye / çerçeve bir IR kamera satın alma oranı (saniyede 20 kare) seçin. </li><li> ayarları yüklemek için start düğmesine tıklayın. </li></ol></li><li> , IR kamera yazılımını açın bir dosya adı seçmek ve 5000 kare ayrılamadı. <ol><li> Dış tetikleme kaynağına iç Switch ve veri toplama modunu başlatmak. </li></ol></li><li> Kontrol programı açın ve başlangıç ​​deney düğmesine basın. </li><li> veri görselleştirme <ol><li> Deneme bittiğinde, veri işleme yazılımı veri yüklemek ve kuvvet / yer değiştirme, st açısından görselleştirmekArş / suş, kuvvet / zaman ve konum / zaman diyagramları. </li><li> IR kamera yazılımı içine IR veri yüklemek ve zamana bağımlı sıcaklık profillerini değerlendirmek. SMA kurdele yüzeyini kaplayan bir ölçüm alanı tanımlamak ve zamana karşı numunenin ortalama maksimum ve minimum sıcaklık arsa. </li></ol></li><li> malzeme istikrarlı mekanik davranışı gösterir ve artık suşlar telafi etmek için başlangıç ​​pozisyonunu adapte yineleyerek 2.9 2.6 adımları tekrarlayın. <ol><li> İlk 10 döngüden sonra, 10 deney başına döngü sayısını artırmak ve istikrarlı malzeme davranışı ulaşılana kadar deneyler devam edin. </li></ol></li></ol> 3. Malzeme Karakterizasyonu Not: Malzeme karakterizasyonu aktüatör kullanımı ve test teçhizat üst düzey yanı sıra IR kamera monte sensörleri gerektirir. karakterizasyon işlemi sırasında numune yüklenir ve gerçekleştirirken farklı oranlarda kaldırıldıyükleme ve boşaltma sonra bir tutma süresi. <ol><li> SMA şerit kıskaçlanmamış edilmiş ve test teçhizat kontrol sistemi eğitimden sonra kapalı olması durumunda, tekrar 2.6&#39;ya 2.1 adımları ve tekrar örnek kelepçe. Bu durumda değildi, aşağıdaki şekilde devam edin. </li><li> eğitim ve malzeme karakterizasyonu için kontrol programı açın ve kontrol parametrelerini (deplasman, hız, tutma süresi, döngü sayısı ve kamera çerçeve oranı) ayarlayın. <ol><li> Numune sıfır yük altında böylece başlangıç ​​konumunu ayarlamak ve eğitim (4.500 mm) hedef konumuna hedef konum eşdeğer ayarlayın. </li><li> İstenilen gerilme hızını karşılamak için doğrusal doğrudan tahrik hızı (hız yükleme / boşaltma) ayarlayın. 1 x 10 -1 saniye -1 0.75 mm x 1.4 mm veya daha büyük bir kesite sahip numuneler için bir adyabatik faz dönüşümüne yol açar (9,000 mm / sn aktüatör hızı) bir gerilme hızını seçin. </li><li> 180 se tutarak saati ayarlayınNumune başlangıç ​​sıcaklık seviyesine ulaşması için yeterli c. Not: tutma süresi bir termal dengeleme zamanı sabiti (τ) ve daha küçük 4 x τ sonraki karakterizasyonu deney başlamadan önce artan gereken bir tutma süresi hesaplayarak deney sonrasında doğrulanacak vardır. </li><li> 1 döngü sayısını ayarlayın. </li><li> basınç yükü ve çekme aşırı (minimum yük 1 MPa, maksimum yük 800 Mpa) önlemek için numune özgü minimum ve maksimum kuvvet seviyesini ayarlayın. </li><li> 5 ms / çerçevenin bir IR kamera satın alma oranı (saniyede 200 kare) seçin. </li><li> ayarları yüklemek için start düğmesine tıklayın. </li></ol></li><li> , IR kamera yazılımını açın bir dosya adı seçmek ve 80.000 kare ayrılamadı. <ol><li> Dış tetikleme kaynağına iç Switch ve veri toplama modunu başlatmak. </li></ol></li><li> Kontrol programı açın ve başlangıç ​​deney düğmesine basın. </li><li> içine IR veri yüklemekIR kamera yazılımı. Plot maksimum ve minimum örnek sıcaklıkları vs zaman demek. Veri ihracat ve veri işleme yazılımı 10,11 ile sürekli termal dengeleme zamanı hesaplamak. </li><li> Gerekirse hesaplanan termal dengeleme süresi sabiti dayalı, tutma süresini uyarlayın. </li><li> Tekrar 3.5 için 3.2 ve 5. adımları x 10 -5 sn-1 -1 10 x 1 saniye-1 ila gerilme hızı, hem de% 5 maksimum gerginlik 2 ile% suşu değişir (maksimum streyn eşdeğerdir eğitim sırasında maksimum gerilme). </li><li> Yerel sıcaklık doruklarına İncelenmesi: Not: Malzeme elastocaloric etkisinin bir hız bağımlı lokalizasyon etkisini gösterir. Bu etkilerin dikkatli bir çalışma SMA sıcaklık profilinin yüksek özel çözünürlüğü gerektirir. Bu amaç için, kızılötesi kameranın lens bir mikroskop lens ile ikame edilmesi gerekir. Mikroskop objektifi 3.0 arasında bir açıklık, 1X bir büyütme ve 15 bir piksel boyutuna sahiptir195 mm&#39;lik çalışma mesafesinde um. <ol><li> Işığı kapatın IR kameranın görüş alanından tüm ısı kaynaklarını uzaklaştırın ve lensi değiştirmek. </li><li> Kamera kalibrasyon ayarlarını değiştirin ve 50 ° C 20 ° C sıcaklık aralığı ve 500 x 250 piksel görüntü boyutu içinde bir mikroskop objektif kalibrasyon yükleyin. örnek odaklanmak için motorlu odaklama ünitesini kullanın. </li><li> Bölüm 2&#39;de anlatılan adımları izleyin 1 x 10 -1 saniye -1 (9,000 mm / sn) bir gerilme hızında bir çekme testi gerçekleştirin: Malzeme stabilizasyon. </li></ol></li><li> veri Görselleştirme <ol><li> veri işleme yazılımı içine mekanik verileri yüklemek ve kuvvet / yer değiştirme, stres / zorlanma, zorla / saat ve konum / zaman diyagramları açısından bunu görselleştirmek. </li><li> IR kamera yazılımı içine IR veri yüklemek ve zamana bağımlı sıcaklık profillerini değerlendirmek. SMA kurdele yüzeyini kaplayan bir ölçüm alanı tanımlamak ve ortalama max arsaImum ve zaman ve numune minimum sıcaklığı. </li></ol></li></ol> 4. Elastocaloric Soğutma Süreci Not: elastocaloric soğutma işlemleri araştırılması kurulumu üst ve alt düzey ve İR kamerada aktüatör ve sensörlerin kullanılmasını gerektirir. Bu deneyler, işlem performansı optimize etmek için kontrol parametrelerinin bir varyasyonunu içerir. <ol><li> SMA şerit kıskaçlanmamış edilmiş ve test donanımı malzeme karakterizasyonu sonra kapalı olması durumunda, tekrar 2.5 2.1 adımları ve tekrar örnek kelepçe. Bu durumda değildi, aşağıdaki şekilde devam edin. </li><li> IR kamera yazılımını başlatın ve yakın çekim lens ile 50 mm lens için kalibrasyon yükleyin. 1.280 x 1.024 piksel boyutu ve -20 ° C ile 50 ° C arasında bir sıcaklık aralığı seçin. motorlu odaklama ünitesini kullanarak kamerayı yerleştirin ve tüm numune kameranın görüş alanında olduğundan emin olun. Not: Seçilen lens sistemi ile kombinasyon halinde IR kamera odak uzunluğu (f), 50 mm, f / 2 ve 200 mm&#39;lik bir çalışma mesafesinde 60 um&#39;lik bir minimum piksel boyutunun bir açıklığın. </li><li> elastocaloric soğutma işlemleri için kontrol programı açın ve kontrol parametreleri doğrusal doğrudan tahrik biri (üst düzey), döngüleri ve kameranın lineer doğrudan sürücüye bir ve iki, temas süresi, maksimum ve minimum kuvvet, temas faz sayısının hız (deplasman set kare hızı). <ol><li> Numune sıfır yük altında ki, SMA yükleme ve boşaltma için lineer doğrudan sürücünün başlangıç ​​konumunu ayarlamak ve eğitim (4.500 mm) hedef konumuna hedef konum eşdeğer ayarlayın. </li><li> 1 x 10 -1 saniye -1 (9,000 mm / sn) bir gerilme oranını karşılamak için yükleme ve SMA boşaltma için lineer doğrudan sürücünün hızını (hız yükleme / boşaltma) ayarlayın. 100 kurulumu alt düzeyde lineer doğrudan sürücünün hızını ayarlamamm / sn. </li><li> 6 sn temas süresini ayarlayın. Not: temas süresi ısı transferi süresini belirler ve 10 milisaniye yukarıda herhangi bir değere ayarlanabilir. </li><li> yükleme / boşaltma modundan sonra kişiyi seçin. Not: kontak faz etkileri yükleme ve boşaltma adyabatik (yükleme / boşaltma sonrasında temas) veya (yükleme / boşaltma sırasında temas) ısı emici / kaynağına bir ısı transferi ile kombine olup olmadığı. </li><li> 40 döngü sayısını ayarlayın. </li><li> basınç yükü ve çekme aşırı (minimum yük 1 MPa, maksimum yük 800 Mpa) önlemek için numune özgü minimum ve maksimum kuvvet seviyesini ayarlayın. </li><li> 20 milisaniye / çerçeve bir IR kamera satın alma oranı (saniyede 50 kare) seçin. ayarları yüklemek için start düğmesine tıklayın. </li></ol></li><li> , IR kamera yazılımını açın bir dosya adı seçmek ve 50000 kare ayrılamadı. Dış tetikleme kaynağına iç Switch ve veri toplama modunu başlatmak. </li><li> Kontrol progr açınben ve başlangıç ​​deney düğmesine basın. </li><li> veri görselleştirme <ol><li> Deney veri işleme yazılımı içine Yükü verileri bitmiş ve aşağıdaki verileri görselleştirmek sonra: kuvvet / yer değiştirme, stres / zorlanma, sıcaklık / zaman (ısı emici / kaynağının sıcaklığı), kuvvet / saat, temas kuvveti / zaman ve konum doğrusal aktüatörler / zaman. </li><li> IR kamera yazılımı içine IR veri yüklemek ve zamana bağımlı sıcaklık profillerini değerlendirmek. SMA numunenin yüzeyi hem de ısı alıcı yüzeyini ve ısı kaynağı kapsayan üç ölçüm alanı tanımlar. süresi tanımlı ölçüm alanlarının çözülmesi, ortalama maksimum ve minimum sıcaklık verileri dışa ve veri işleme yazılımı içine yerleştirin. </li><li> Bir sıcaklık / zaman diyagramında IR veri görselleştirmek. </li></ol></li><li> suşu, temas süresi ve iletişim faz: Parametrelerin değişimi altında deney tekrarlayın. </li></ol> 5. Model Doğrulama <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Not: termo-mekanik birleştiğinde malzeme modellerinin doğrulama malzemesi stabilizasyonu veya malzeme karakterizasyonu bağlı kalarak deneyler gerektirir. Deneysel araştırmalar gerçekleştirmek için 0,6 mm kesitli Ni-Ti teli kullanın. <ol><li> Bölüm 2&#39;de anlatılan adımları uygulayarak devam, 5 x 10 -5 sn gerilme oranı -1 ve% 5&#39;lik bir gerginlik bir izotermal çekme testi yapın. </li><li> Deneme bittiğinde, veri işleme yazılımı veri yüklemek ve stres / zorlanma ölçümü görselleştirmek. ostenitin elastik modülü ve martensit fazı dönüşümü suşu hem de histerezis genişliği hesaplanır. Modeli 7 için mekanik girdi verisi olarak yukarıda belirtilen veri işlevi. </li><li> 5 x 10 -3 1 x 10 -4 sn -1, 5 x 10 -4 sn -1, 1 x 10 -3 sn -1, şekil değiştirme hızlarında daha çekme testleri yaparlar </ssn -1, 1 x 10 -2 sn -1, 5 x 10 -2 saniye -1, 1 x 10 -1 saniye&gt; yukarı -1 modeli için doğrulama verilerini oluşturmak için. </li><li> Tamamlanan deneyler test sisteminin dışına numune almak ve diferansiyel tarama kalorimetrik ölçümü (DSC) 18 gerçekleştirirseniz kalori malzeme özellikleri stabilize malzeme (faz dönüşümü ve malzemenin özgül ısı kapasitesi gizli ısı) belirlemek için. Not: DSC ölçümleri termo-mekanik birleştiğinde modeli için kalori giriş verileri sağlar. </li><li> Adım 5.3 açıklanan çekme testlerinin simülasyon başlatın. <ol><li> piyasada mevcut sonlu elemanlar yazılımı içine şekil hafızalı alaşımlar için özel modeli uygulamak: <ol><li> Geometri düğümünü seçin ve 1D tel geometri çizmek Aralığı seçin. </li><li> Seç Parametreler düğüm ste mekanik testlerden elde tanımlanan modelin parametrelerini tanımlamak içins 5.2. </li><li> Tanımlar düğümünü sağ tıklatın ve Değişkenler düğüm oluşturmak için değişkenleri seçin. Değişkenler düğümünü seçin ve istatistiksel termodinamik 19 türetilen geçiş olasılıklarının belirlenmesi için bir algoritma tanımlar. </li><li> Seçin Fizik ekleyin ve ekleyin Katsayısı Formu PDE veya Genel Form PDE sabit ivme dengesi, iç enerji ve faz dönüşümü 20 kinetik denklemlerinin denge oluşan süper elastik şekil bellekli alaşımlardan davranışını tanımlayan tek boyutlu kısmi diferansiyel denklemler kümesi tanımlamak için . </li></ol></li><li> Ortam sıcaklığına kadar telin başlangıç ​​sıcaklığını ayarlamak için başlangıç ​​değerleri alt düğümünü seçin. <ol><li> St zorlanma-oranları için, bölüm 2&#39;de anlatılan deney prosedürü izleyerek bir yük uygulamak için mekanik sınır koşullarını reçete Dirichlet Sınır Koşulu seçinEP 5.3, telin bir ucunun yer değiştirmesini kısıtlamak ve diğer ucunda yer değiştirmesini etkilenir. </li><li> Çünkü ince tel ile karşılaştırıldığında devasa kelepçeler sabit sıcaklıkta termal sınır koşullarını belirlemek için Dirichlet Sınır Koşulu seçin. Not: sonlu elemanlar yazılımı standart ayarlar bir yakınsak çözümüne yol açmaz. </li><li> Çözücü Yapılandırma Select alt düğümler standart ayarları (örneğin, mutlak ve bağıl toleransları ve doğrusal olmayan sönümleme katsayısı, iteratif Newton-Raphson çözücü) değiştirmek ve çözücü çalıştırmak için &quot;Compute&quot; tıklayın. </li></ol></li></ol></li><li> Veri analizi <ol><li> veri analiz yazılımı içine deneysel ve simülasyon sonuçlarını yükleyin ve mekanik ve termal veri görselleştirmek. </li><li> Deneysel ve simülasyon sonuçlarını, ilgili mekanik (stres / gerginlik tepkisi) ve termal (özel çözülmesi sıcaklık evrimi karşılaştırNumune) Malzeme davranış. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>F&#228;hler, S., R&#246;&#223;ler, U. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caloric+effects+in+ferroic+materials:+New+concepts+for+cooling.">Caloric effects in ferroic materials: New concepts for cooling.</a> Adv. Eng. Mater. 14 (1-2), 10-19 (2012).</li><li>Moya, X., Defay, E., Heine, V., Mathur, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Too+cool+to+work.">Too cool to work.</a> Nat. Phys. 11 (3), 202-205 (2015).</li><li>Starkov, I. A., Starkov, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+thermodynamic+foundations+of+solid-state+cooler+based+on+multiferroic+materials.">On the thermodynamic foundations of solid-state cooler based on multiferroic materials.</a> Int. J. Refrig. 37, 249-256 (2014).</li><li>Moya, X., Kar-Narayan, S., Mathur, N. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caloric+materials+near+ferroic+phase+transitions.">Caloric materials near ferroic phase transitions.</a> Nat. Mater. 13 (5), 439-450 (2014).</li><li>Shaw, J. A., Kyriakides, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+nucleation+and+propagation+of+phase+transformation+fronts+in+a+NiTi+alloy.">On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in a NiTi alloy.</a> Acta Mater. 45 (2), 683-700 (1997).</li><li>Chang, B. -. C., Ja Shaw, ., Iadicola, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamics+of+Shape+Memory+Alloy+Wire:+Modeling+Experiments,+and+Application.">Thermodynamics of Shape Memory Alloy Wire: Modeling Experiments, and Application.</a> Contin. Mech. Thermodyn. 18 (1-2), 83-118 (2006).</li><li>Cui, J., Wu, Y. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+high+efficiency+elastocaloric+cooling+with+large+Delta+T+using+NiTi+wires.">Demonstration of high efficiency elastocaloric cooling with large Delta T using NiTi wires.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (7), 073904 (2012).</li><li>Ossmer, H., Lambrecht, F., G&#252;ltig, M., Chluba, C., Quandt, E., Kohl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+temperature+profiles+in+TiNi+films+for+elastocaloric+cooling.">Evolution of temperature profiles in TiNi films for elastocaloric cooling.</a> Acta Mater. 81, 9-20 (2014).</li><li>Ossmer, H., Chluba, C., Krevet, B., Quandt, E., Rohde, M., Kohl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastocaloric+cooling+using+shape+memory+alloy+films.">Elastocaloric cooling using shape memory alloy films.</a> J. Phys. Conf. Ser. 476 (1), 012138 (2013).</li><li>Schmidt, M., Sch&#252;tze, A., Seelecke, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scientific+test+setup+for+investigation+of+shape+memory+alloy+based+elastocaloric+cooling+processes.">Scientific test setup for investigation of shape memory alloy based elastocaloric cooling processes.</a> Int. J. Refrig. 54, 88-97 (2015).</li><li>Tobushi, H., Shimeno, Y., Hachisuka, T., Tanaka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+strain+rate+on+superelastic+properties+of+TiNi+shape+memory+alloy.">Influence of strain rate on superelastic properties of TiNi shape memory alloy.</a> Mech. Mater. 30 (2), 141-150 (1998).</li><li>Miyazaki, S., Mizukoshi, K., Ueki, T., Sakuma, T., Liu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatigue+life+of+Ti-50+at.%+Ni+and+Ti-40Ni-10Cu+(at.%)+shape+memory+alloy.">Fatigue life of Ti-50 at.% Ni and Ti-40Ni-10Cu (at.%) shape memory alloy.</a> Mater. Sci. Eng. A. 273-275, 658-663 (1999).</li><li>Olbricht, J., Yawny, A., Cond&#242;, A. M., Lovey, F. C., Eggeler, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+temperature+on+the+evolution+of+functional+properties+during+pseudoelastic+cycling+of+ultra+fine+grained+NiTi.">The influence of temperature on the evolution of functional properties during pseudoelastic cycling of ultra fine grained NiTi.</a> Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 142-145 (2008).</li><li>Tu&#353;ek, J., Engelbrecht, K., Mikkelsen, L. P., Pryds, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastocaloric+effect+of+Ni-Ti+wire+for+application+in+a+cooling+device.">Elastocaloric effect of Ni-Ti wire for application in a cooling device.</a> J. Appl. Phys. 117 (12), 124901 (2015).</li><li>Zarnetta, R., Takahashi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+Quaternary+Shape+Memory+Alloys+with+Near-Zero+Thermal+Hysteresis+and+Unprecedented+Functional+Stability.">Identification of Quaternary Shape Memory Alloys with Near-Zero Thermal Hysteresis and Unprecedented Functional Stability.</a> Adv. Funct. Mater. 20 (12), 1917-1923 (2010).</li><li>Schmidt, M., Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Stabilization+of+NiTiCuV+Shape+Memory+Alloys:+Observations+During+Elastocaloric+Training.">Thermal Stabilization of NiTiCuV Shape Memory Alloys: Observations During Elastocaloric Training.</a> Shape Mem. Superelasticity. , (2015).</li><li>H&#246;hne, G., Hemminger, W., Flammersheim, H. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Differential Scanning Calorimetry. , (2003).</li><li>Heintze, O., Seelecke, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+coupled+thermomechanical+model+for+shape+memory+alloys-From+single+crystal+to+polycrystal.">A coupled thermomechanical model for shape memory alloys-From single crystal to polycrystal.</a> Mater. Sci. Eng. A. 481-482, 389-394 (2008).</li><li>Furst, S. J., Crews, J. H., Seelecke, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Numerical+and+experimental+analysis+of+inhomogeneities+in+SMA+wires+induced+by+thermal+boundary+conditions.">Numerical and experimental analysis of inhomogeneities in SMA wires induced by thermal boundary conditions.</a> Contin. Mech. Thermodyn. 24 (4-6), 485-504 (2012).</li><li>Shaw, J., Kyriakides, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermomechanical+aspects+of+NiTi.">Thermomechanical aspects of NiTi.</a> J. Mech. Phys. Solids. 43 (8), 1243-1281 (1995).</li><li>Schmidt, M., Sch&#252;tze, A., Seelecke, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooling+Efficiencies+of+a+NiTi-Based+Cooling+Process.">Cooling Efficiencies of a NiTi-Based Cooling Process.</a> , (2013).</li><li>Achenbach, M., M&#252;ller, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+MODEL+FOR+SHAPE+MEMORY.">A MODEL FOR SHAPE MEMORY.</a> . Le J. Phys. Colloq. 43 (C4), 163-167 (1982).</li><li>M&#252;ller, I., Seelecke, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermodynamic+aspects+of+shape+memory+alloys.">Thermodynamic aspects of shape memory alloys.</a> Math. Comput. Model. 34 (12-13), 1307-1355 (2001).</li><li>Ullrich, J., Schmidt, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Investigation+and+Numerical+Simulation+of+the+Mechanical+and+Thermal+Behavior+of+a+Superelastic+Shape+Memory+Alloy+Beam+During+Bending.">Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Mechanical and Thermal Behavior of a Superelastic Shape Memory Alloy Beam During Bending.</a> , (2014).</li><li>Bechtold, C., Chluba, C., Lima de Miranda, R., Quandt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+cyclic+stability+of+the+elastocaloric+effect+in+sputtered+TiNiCu+shape+memory+films.">High cyclic stability of the elastocaloric effect in sputtered TiNiCu shape memory films.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (9), 091903 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

sunulan bilimsel deney düzeneği protokolü bölümünde açıklanan deneyler yaparak elastocaloric malzeme ve soğutma işlemlerinin kapsamlı bir soruşturma sağlar. sıkma önce numunenin hassas hizalama tüm deneyler için çok önemlidir. Kötü hizalama potansiyel erken malzeme yetmezliğine yol açabilir. Ayrıca, maksimum gerekli gerilme tam bir faz dönüşümü alaşım bileşimine bağlıdır ulaşmak için ise zorlanma, malzeme ömrü üzerinde önemli etkiye sahip uyguladı. Araştırılmıştır NiTiCuV ...

ferroic malzemelere dayanan katı hal soğutma işlemleri geleneksel buhar sıkıştırmalı bazlı sürecine çevre dostu alternatifler potansiyel var. Ferroic malzemeleri manyetokalorik Elektrokalorik ve elastocaloric etkileri, 1, 2, hem de multicaloric malzeme davranışı 3 olarak tanımlanan bu etkilerin kombinasyonu sergileyebilir. &quot;: Soğutma Yeni Kavramlar Ferroic Malzeme Kalorili Etkileri&quot; 4 ferroic malzemelerde farklı kalori etkileri halen Alman Bilim Vakfı (DFG) Öncelikli programının SPP 1599 bir parçası olarak araştırılmaktadır. Bu program kapsamında incelenmiştir Bellek Alaşımları (SMA) nedeniyle büyük gizli ısıları 5 özellikle Ni-Ti tabanlı alaşımları, büyük elastocaloric etkiler göstermedi şekillendirin. Yüksek gerilme oranlarında gerinme-uyarılı faz dönüşümü, Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi, SMA önemli ısı değişikliklerine yol açar.martensite Östenitten adyabatik, ekzotermik faz dönüşümü SMA sıcaklığı artırır. martensite gelen endotermik dönüşüm önemli bir sıcaklık azalmasına yol açar ostenite. Bu elastocaloric malzeme özellikleri katı hal uygun bir mekanik yükleme ve boşaltma döngüsü uygulayarak işlemleri soğutma için kullanılır. Şekil 2 Brayton çevrimi sonrasında, tipik elastocaloric soğutma devrini gösterir. yüksüz ısı kaynağı ve soğuk arasındaki ısı transferi, düşük sıcaklık seviyelerinde gerçekleşecek SMA. Bir sonraki aşamada, SMA bir temassız durumdadır ve hızlı, adyabatik yükleme SMA önemli bir sıcaklık artışına neden olur. SMA sürekli zorlanma sıcak SMA ve ısı emici yer almaktadir arasındaki sonraki ısı transferi. Isı transferi tamamlandığında, hızlı, adyabatik boşaltma aşağıdaki soğutma c bunun, ısı kaynağının sıcaklığının altında SMA önemli bir sıcaklık düşüşüne yol açarycle ve başlayabilirsiniz ısı kaynağı ile ısı transferi. elastocaloric soğutma işleminin verimliliği için gerekli mekanik çalışma ve emilen ısı bağlıdır. İlk olarak, çekme testleri sırasında sıcaklık alanını takip deneyler farklı oranlarda SMA şeritler ve teller gerilme testleri sırasında lokal sıcaklık doruklarına oluşumunu belirlemek amacı ile, Shaw ve diğ., 6, 7 ile yapıldı. uygulanan deneysel yöntem termografik ölçümler vasıtasıyla sıcaklık alanlarının eşzamanlı edinimi ile mekanik parametrelerin (stres, strain ve strain rate) ölçümü birleştirdi. Bir çekme test makinesi ile SMA numunenin yüklenmesi ve boşaltılması sırasında, bir kızılötesi (IR) kamera SMA numunenin IR görüntüleri elde etmek için kullanıldı. Bu teknik sıcaklık zirveleri genleşme oranına bağlı oluşumun soruşturma sağlar. sıcaklık dağılımının ölçülmesiÖrnek elastocaloric etkilerinin araştırılması ve malzemenin soğutulması özelliklerinin tayini için son derece önemlidir. Yerel bir sıcaklık ölçümü - bir temas sıcaklık ölçümü uygulayarak - malzemenin soğutma özelliklerini karakterize etmek için yeterli değildir. Sıcaklık alanının ölçümü Cui ve arkadaşları tarafından kullanılmıştır. 8, Ni-Ti teller elastocaloric etkilerinin incelenmesi için. Ayrıca, Ossmer ve ark., 9, 10 termografik sıcaklık ölçümleri aynı zamanda yüksek zorlanma da adyabatik faz dönüşümlerinin araştırılması için IR kamera yüksek kare hızları gereken ince filmlerin tabanlı Ni-Ti elastocaloric etkilerinin araştırılması için uygun olduğunu gösterdi oranları. Bu teknik elastocaloric miktarlarda soruşturma ve solid-state tabanlı ısı transferi ve üzerinde önemli bir etkiye sahip sıcaklık profilinin homojenliği için izin verirelastocaloric işlemlerin verimi. malzemenin soğutma verimliliği stres / streyn ölçümleri hem de (göz ısı değişimi ve malzemenin ısı kapasitesi alınarak belirlenebilir) ısıya dayalı gereken işi hesaplanmasıyla belirlenebilir. Ancak, deneysel yöntem süreç koşulları altında elastocaloric malzemenin soruşturma izin vermez. Bu SMA ve soğutma etkisi verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahip bir ısı kaynağı arasında bir ısı transferi dahildir. Soğutma işlemi koşulları malzeme karakterizasyonu ve elastocaloric soğutma işlemleri araştırılması mevcut herhangi bir ticari sistem incelenmiştir edilemez katı hal bazlı ısı transferi sağlayan bir deney takımı gerektirir. Bu amaçla, yeni bir test platformu geliştirilmiştir. Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, test düzeneği iki düzeyde ayarlanır. UppeR düzeyi temel elastocaloric malzemesi karakterizasyonu ve ilk eğitim prosedürlere izin, daha önce tarif edilen yönteme benzer şekilde (bakınız Şekil 4). Kur bir lineer doğrudan yükleme kapasitesine sahip sürücü ve 1 sn gerilme oranlarında SMA boşaltma ile donatılmıştır -1 (Şekil 5). Tipik örnek uzunluğu 90 mm ​​iken doğrusal doğrudan tahrik, en fazla 1.8 mm 2 kesitli örneklerin soruşturma sağlar. tipik gerilme testleri için kullanılan vidalı sürücüler aksine - lineer doğrudan tahrik avantajı yüksek hız ve yüksek ivme olduğunu. Bundan başka, bir yük hücresi, hem de lineer tahrik entegre konum ölçüm sistemi, mekanik ölçüm verileri sağlar. Yüksek çözünürlüklü IR kamera (1280 x 1024 piksel) (gerekli sıcaklık aralığında) 400 Hz ile SMA sıcaklık profilini ölçmek için kullanılır. Bir res ile bir mikroskop lens kullanımı15 mm / piksel züm yerel sıcaklık etkileri soruşturma sağlar. Test teçhizat alt düzey SMA ve ısı kaynağı / soğutucu arasındaki iletken ısı transferini alternatif sağlayan bir mekanizma içermektedir (Şekil 6 ve 7). Alt düzeyinde doğrusal doğrudan tahrik pnömatik silindir asansörleri ise, soğutucu SMA ısı kaynağı arasında SMA geçer ve ısı kaynağı / lavabo (Şekil 8) düşürür. Her ayar elemanı, farklı soğutma işlemi varyasyonları araştırılması için ayn ayrı denetlenebilir. Kapsamlı ölçüm sistemi mekanik parametrelerin ölçümleri sağlar: aktüatör pozisyonu, aktüatör hızı, SMA yükleme kuvveti, SMA ve ısı kaynağı / ısı transferi sırasında lavabo arasındaki temas kuvveti yanı sıra termal parametrelerle (yani, ısı kaynağı / lavabo, sıcaklık dağılımı içindeki sıcaklıklar SMA yüzeyi ve ısı kaynağı / sink). Bilimsel test platformun daha ayrıntılı bir açıklaması Schmidt ve ark. 11 &#39;de verilmiştir. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/53626/53626fig5.jpg" /> Test teçhizat üst düzey Şekil 5. Şema yükleme ve entegre pozisyon ölçüm sistemi ile SMA örnek boşaltılması için lineer doğrudan tahrikli.; gerilme kuvvetlerinin ölçümü için bir yük hücresi, yanı sıra sıcaklık profili satın almalar için yüksek çözünürlüklü kızılötesi kamera (1280 x 1024 piksel). <img alt="Şekil 7," src="/files/ftp_upload/53626/53626fig7.jpg" /> Test teçhizat alt düzeyde 7. Düzeni Şekil lineer doğrudan tahrik soğutucu ve ısı kaynağı arasında geçiş yapmak için.; Bir pnömatik silindir SMA örnek ve ısı kaynağı / lavabo ile ilişki kurmak; sıcaklık sensörleri ısı emici / sou entegre edilmiştirrce blokların çekirdek sıcaklığını ölçmek için. SMA ve ısı kaynağı arasındaki temas kuvvetini ölçmek için bir sıkıştırma yük hücresi / lavabo ısı transfer mekanizması entegre ve bu düzeni görünür değil. test donanımı farklı alaşım bileşimleri ve örneklem büyüklüğü yanı sıra geometriler (şeritler, teller) soruşturma sağlar. Ayrıca, kurulum elastocaloric malzeme ve soğutma işlemlerinin kapsamlı araştırmalar sağlar. daha önce açıklanan deneyler yapılabilir ve yürütme adım adım bu yazının protokol bölümünde tarif edilecektir. Malzeme stabilizasyon: Kararlı malzeme davranışı soğutma sistemlerinde elastocaloric malzemelerin kullanımı için çok önemlidir. Bu amaçla, mekanik sabitleme işlemi uygulanır. Bu işlem sırasında malzeme mekanik yükleme ve boşaltma döngüleri geçer ve bir faz gerçekleştirirÖstenitten dönüşüm martensite. Malzeme istikrar, güçlü bir oran bağımlılığını gösterir. Yüksek Yükleme oranları faz dönüşüm latent ısı neden olduğu malzemeden bir sıcaklık değişimine neden olur. Çeşitli sıcaklıklarda 12-15 mekanik eğitim döngüleri gibi Bu sıcaklık değişimi, malzeme istikrar benzer bir etkiye sahiptir. Iyi bilinen mekanik 13 ve kalori 16 sabitleme sistemine ek olarak, bir termal malzeme stabilizasyon termografi 17 uygulanarak tasarlanan kurulum ile görülebilir. Malzeme karakterizasyonu: ilk mekanik bir eğitim işleminden sonra, malzeme elastocaloric malzeme özellikleri, özelliği sağlayan stabil, mekanik, termal ve kalori davranışı gösterir. Bu nedenle, farklı oranlarda mekanik bisiklet eğitim prosedüre aksine, buna gerçekleştirilir elastocaloric karakterizasyonu yükleme ve boşaltma sonra bir tutma aşamasını kapsamaktadır. ortam sıcaklığı seviyesi tekrar ulaşılana kadar tutma aşaması süresince SMA suşu sabit tutulur. Bu deney türü ortam sıcaklığı seviyeleri, hem de malzeme verimliliği başlayarak boşaltma sonra elde edilebilecek en düşük sıcaklığı belirlemek için gereklidir. lokal sıcaklık doruklarına oranına bağımlı oluşumu giderek homojen bir sıcaklık dağılımı ile daha yüksek oranlarda, gözlenebilir. Adyabatik koşullar sağlanıncaya kadar Dahası, gerilme hızını artırarak sıcaklık değişimi eşit artar. malzeme verimliliği boşaltma esnasında malzemenin ortalama sıcaklık değişikliğine göre adiyabatik deney bir kuvvet-yer değiştirme diyagramının, hem de absorbe ısıya dayalı gerekli mekanik işi, ve numunenin ısı kapasitesinin hesaplanması ile belirlenebilir . Elastocaloric soğutma işlemi: işlem koşulları altında SMAS soğutma etkisini araştırılması SMA soğutma ortamı ve bir ısı kaynağı olarak hem de bir soğutucu arasında ısı transferini gerektirir. Bu amaçla, SMA (adyabatik boşaltma sonra), bir katı-hal ısı kaynağı ve (adyabatik yüklenmesini takiben) bir soğutucu ile temas halindedir. sürecin verimliliği kuvvetle proses kontrol ve termal sınır koşullarına bağlıdır. Soğutma işleminin kapsamlı bir inceleme en etkili süreç kontrolü belirlemek amacıyla kontrol parametrelerinin bir varyasyonunu gerektirir. süreç performansı üzerindeki bireysel parametrelerin etkisi (temas süresi, SMA suşu, SMA gerginlik oranı, kontak fazı (yükleme / boşaltma faz veya aşağıdaki) ve temas kuvveti sırasında temas) araştırılması gerekmektedir. Ayrıca, soğutma döngüleri sayısını arttırarak değişen termik sınır durumun etkisi vardırdikkate alınmalıdır. Model doğrulama: döngüsü soğuma sırasında mekanik ve termal malzeme davranışını üretebilen bir termomekanik birleştiğinde malzeme modelinin geliştirilmesi, yeni soğutma teknolojisinin gelişimi için çok önemlidir. Model azaltılmış deneysel ve materyal geliştirme çabası ile malzeme ve proses optimizasyonu sağlar. Doğrulama (ostenitin elastik modülü ve martensit fazının mekanik histerezise genişliğini hem de dönüşüm suşu) gerekli mekanik malzeme giriş verileri oluşturmak için bir stabilize edilmiş malzeme bir başlangıç ​​izotermal çekme testi gerektirir. Modelin doğrulama farklı oranlarda çekme deneyleri temelinde yer almaktadır. model için gerekli olan ısı girdi verileri, mekanik deneyler aşağıdaki diferansiyel tarama kalorimetrisi (DSC) ile tespit edilebilir. DSC ölçümleri af yapılması gerekenstabilize numunenin kalori malzeme özelliklerini ölçmek amacıyla mekanik testi ter.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1134">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Linear direct drives</td>
			<td style="width:116px;">ESR-Pollmeier</td>
			<td style="width:179px;">ML 1418-U5-W1</td>
			<td style="width:567px;">SMA loading/unloading; heat transfer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pneumatic cylinder&#160;</td>
			<td>Festo</td>
			<td>ADNGF-40 574031</td>
			<td>Contact between heat source/sink and SMA</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;">Inductive position measurement system&#160;</td>
			<td>AMO</td>
			<td>LMKA-1101.1NN-1.0-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:273px;">Tension and compression load cell</td>
			<td style="width:116px;">Futek</td>
			<td>LCF451; FSH02241</td>
			<td>SMA force</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Compression load cell</td>
			<td style="width:116px;">Futek</td>
			<td>LTH300; FSH00297</td>
			<td>Contact force</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">IR camera</td>
			<td style="width:116px;">Infra Tec</td>
			<td>Image IR 9360; M91129</td>
			<td>1280x1024 pixels; Maximum frame rate 3200 Hz&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:273px;">Real-Time Controller&#160;</td>
			<td style="width:116px;">National Instruments</td>
			<td style="width:179px;">NI CompactRIO-9074</td>
			<td>Data acquisiton and control system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:273px;">Camera varnish</td>
			<td style="width:116px;">Tetenal</td>
			<td align="right" style="width:179px;">105202</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods for investigation of shape memory based elastocaloric cooling processes and model validation

elastocaloric soğutma işlemleri geleneksel buhar sıkıştırmalı bazlı soğutma işlemine çevre dostu bir alternatif olma potansiyeline sahip Memory alaşımlar (SMA) şekillendirin. Nikel-Titanyum (NiTi) göre alaşım sistemleri, özellikle de, büyük bir elastocaloric etkilerini göstermektedir. Ayrıca, etkin bir solid-state bazlı soğutma sürecinin geliştirilmesi için gerekli malzeme özelliği büyük gizli ısıları sergiler. Bir bilimsel deney donanımı bu süreçleri ve smas içinde elastocaloric etkilerini araştırmak amacıyla tasarlanmıştır. gerçekleştirilen test donanımı, bir SMA mekanik yükleme ve boşaltma döngüleri bağımsız denetim yanı sıra SMA soğutma elemanları ve bir ısı kaynağı / lavabo arasındaki iletken ısı transferini sağlar. test düzeneği mekanik ve termal parametrelerinin senkronize tartabilen kapsamlı bir izleme sistemi ile donatılmıştır. proses bağımlı mekanik iş belirlemeye ek olarak, sistem, aynı zamanda ÖLÇME sağlarYüksek performanslı bir kızıl ötesi kamera aracılığıyla elastocaloric soğutma etkisi termal ısı yönlerini t. ortamdan verimli ısı transferi için önemli hem de soğutulacak - bu yerelleştirme ve fiyat etkileri çizimler izin verir, çünkü bu kombinasyon, özellikle ilgi çekicidir. sunulan çalışma, farklı malzeme ve örnek geometrilerde elastocaloric malzeme özelliklerini belirlemek için deneysel bir yöntem açıklanır. Bundan başka, test düzeneği farklı soğutma işlemi değişiklikleri araştırmak için kullanılır. tanıtılan analiz yöntemleri süreç verimliliği üzerinde bir malzemenin, sürecin farklı göz ve ilgili sınır şartı etkiler sağlar. (Bir termomekanik birleştiğinde sonlu eleman modelinin) simülasyon sonuçları ile deneysel verilerin karşılaştırılması elastocaloric etkisi altında yatan fiziği daha iyi anlaşılması için izin verir. Buna ek olarak, deneysel sonuçlar, hem de bulgular baSimülasyon sonuçlarına sed, malzeme özelliklerini geliştirmek için kullanılır.

Malzeme stabilizasyon (Eğitim): Şekil 9, 50 eğitim döngüsü bir stres / streyn diyagramını göstermektedir. Incelenen örnek A = 1.45 mm 2 kesitli Ni-Ti şerit olduğunu. 1 x 10 -3 sn uygulanan gerilme oranı -1 DT = 12.2 K sıcaklık artışı ortalama sıcaklık artışına neden olur istikrar etkisi üzerinde önemli bir etkiye sahip 12- <s...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation at JoVE.com

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

experimental-methods-for-investigation-shape-memory-based

Research

JoVE Journal

Engineering

11.0K Görüntüleme.  Saarland University. Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches. 

Video: Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Controlling the Size, Shape and Stability of Supramolecular Polymers in Water

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do so is highly important in view of a number of applications in functional soft matter including electronics, biomedical engineering, and sensors. In the past, successful strategies to control the size and shape of supramolecular polymers typically focused on the use of templates2,3, end cappers4 or selective solvent techniques5. 
Here we disclose a strategy based on self-assembling discotic amphiphiles that leads to the control over stack length and shape of ordered, chiral columnar aggregates. By balancing electrostatic repulsive interactions on the hydrophilic rim and attractive non-covalent forces within the hydrophobic core of the polymerizing building block, we manage to create small and discrete spherical objects6,7. Increasing the salt concentration to screen the charges induces a sphere-to-rod transition. Intriguingly, this transition is expressed in an increase of cooperativity in the temperature-dependent self-assembly mechanism, and more stable aggregates are obtained. 
For our study we select a benzene-1,3,5-tricarboxamide (BTA) core connected to a hydrophilic metal chelate via a hydrophobic, fluorinated L-phenylalanine based spacer (Scheme 1). The metal chelate selected is a Gd(III)-DTPA complex that contains two overall remaining charges per complex and necessarily two counter ions. The one-dimensional growth of the aggregate is directed by &pi;-&pi; stacking and intermolecular hydrogen bonding. However, the electrostatic, repulsive forces that arise from the charges on the Gd(III)-DTPA complex start limiting the one-dimensional growth of the BTA-based discotic once a certain size is reached. At millimolar concentrations the formed aggregate has a spherical shape and a diameter of around 5 nm as inferred from 1H-NMR spectroscopy, small angle X-ray scattering, and cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM). The strength of the electrostatic repulsive interactions between molecules can be reduced by increasing the salt concentration of the buffered solutions. This screening of the charges induces a transition from spherical aggregates into elongated rods with a length &gt; 25 nm. Cryo-TEM allows to visualise the changes in shape and size. In addition, CD spectroscopy permits to derive the mechanistic details of the self-assembly processes before and after the addition of salt. Importantly, the cooperativity -a key feature that dictates the physical properties of the produced supramolecular polymers- increases dramatically upon screening the electrostatic interactions. This increase in cooperativity results in a significant increase in the molecular weight of the formed supramolecular polymers in water.

The goal of this experiment is to determine and control the size, shape and stability of self-assembled discotic amphiphiles in water. For aqueous based supramolecular polymers such level of control is very difficult. We apply a strategy using both repulsive and attractive interactions. The experimental techniques applied to characterize this system are broadly applicable.

Su Supramoleküler Polimerlerin Boyut, Şekil ve Stabilite Kontrolü

For aqueous based supramolecular polymers, the simultaneous control over shape, size and stability is very difficult1. At the same time, the ability to do ...

Mühendislik

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Sıcak Atom Vapor Gradient Echo Kuantum Hafıza

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

Yeni Malzemelerin Düşük sıcaklık Magnetotransport Ölçüm İleri Deneysel Yöntemler

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in helping the disabled in their daily lives. The overall goal of our method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs, such as OpenViBE, Choregraph, and Central software as well as user developed programs written in C++ and MATLAB, to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots.
This is achieved by first placing EEG electrodes on a human subject to measure the brain responses through an EEG data acquisition system. A user interface is used to elicit SSVEP responses and to display video feedback in the closed-loop control experiments. The second step is to record the EEG signals of first-time subjects, to analyze their SSVEP features offline, and to train the classifier for each subject. Next, the Online Signal Processor and the Robot Controller are configured for the online control of a humanoid robot. As the final step, the subject completes three specific closed-loop control experiments within different environments to evaluate the brain-robot interaction performance.
The advantage of this approach is its reliability and flexibility because it is developed by integrating multiple software programs. The results show that using this approach, the subject is capable of interacting with the humanoid robot via brain signals. This allows the mind-controlled humanoid robot to perform typical tasks that are popular in robotic research and are helpful in assisting the disabled.

The overall goal of this method is to establish an SSVEP-based experimental procedure by integrating multiple software programs to enable the study of brain-robot interaction with humanoid robots, which is prospective in assisting the sick and elderly as well as performing unsanitary or dangerous jobs.

İnsansı Robotlar ile Beyin Robot Etkileşimi Deneysel Prosedür SSVEP tabanlı

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.
This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

Sac Metal Şekillendirme Süreçlerinin Bilgi Tabanlı Bulut FE Simülasyon

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a microfluidic chamber assembled in the specimen holder for Transmission Electron Microscopy (TEM) and STEM. The microfluidic system consists of two silicon microchips supporting thin Silicon Nitride (SiN) membrane windows. This article describes the basic steps of sample loading and data acquisition. Most important of all is to ensure that the liquid compartment is correctly assembled, thus providing a thin liquid layer and a vacuum seal. This protocol also includes a number of tests necessary to perform during sample loading in order to ensure correct assembly. Once the sample is loaded in the electron microscope, the liquid thickness needs to be measured. Incorrect assembly may result in a too-thick liquid, while a too-thin liquid may indicate the absence of liquid, such as when a bubble is formed. Finally, the protocol explains how images are taken and how dynamic processes can be studied. A sample containing AuNPs is imaged both in pure water and in saline.

This protocol describes the operation of a liquid flow specimen holder for scanning transmission electron microscopy of AuNPs in water, as used for the observation of nanoscale dynamic processes.

Tarama Transmisyon Elektron Mikroskobu kullanılarak Sıvı Nano-ölçekli Nesnelerin dinamik Süreçlerinin İncelenmesi

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Cast Alüminyum Bileşenlerinin Sıcak Spinning için Deneysel Yöntem

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Lazerle Projeksiyonlu Fototermal Termografi Kullanılarak Yapısal Isıtma Yöntemiyle Alt Yüzey Kusurlu Lokalizasyonu

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...