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间隙原子调节Ti-Ni-Cu基形状记忆合金薄膜弹热效应的研究

批准号:
52071074
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李珺
依托单位:
学科分类:
金属功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李珺

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
形状记忆合金展现出优良的弹热效应,以其发展的制冷模式是当前最有希望发展的固体相变制冷模式之一,具有绿色环保、节能高效和稳定可靠等诸多优点。形状记忆合金薄膜与体材料相比具有大的表面/体积比,可极大缩短热传导的时间,提高热循环的频率,因此在微型制冷领域应用潜力巨大。本项目提出采用间隙原子调控Ti-Ni-Cu基形状记忆合金薄膜弹热效应的研究思路。拟向Ti-Ni-Cu基记忆合金中引入C、N、O和B等间隙原子,系统研究间隙原子的类型与浓度等对弹热过程中绝热温度变化和熵变的影响规律,查明间隙原子对相变潜热、比热容等热力学参数的影响规律与机制,探索提高弹热效应的有效方法与途径;研究间隙原子对微观结构和应力诱发马氏体相变行为的影响因素与规律,揭示微结构-相变-弹热效应之间的内在关联性。为研发绿色、节能、高效的新型形状记忆合金弹热材料提供新思路和新方法,促进其在电子芯片和生物医疗等微制冷系统中的应用。
英文摘要
Shape memory alloys (SMAs) show excellent elastocaloric effect and are considered as one of promising materials for solid state refrigeration. SMAs are environment-friendly, energy-saving, efficient and safe. Compared with SMA bulk materials, SMA thin films have large surface-to-volume ratio, which is advantageous in expediting heat transfer and consequently allows for higher cycling frequencies. Therefore, SMA thin films are attractive for solid state cooling applications in micro-systems. In the present proposal, we try to tailor the elastocaloric effect of Ti-Ni-Cu based SMA thin films by doping of C, N, O and B atoms. The method to improve the elastocaloric effect of Ti-Ni-Cu based SMA thin films will be explored. We will systematically study the effects of interstitial atoms on the temperature change, entropy change, phase transformation latent, specific heat capability. The reasons for the effects of interstitial atoms on the microstructure, interface between parent phase and martensite, interface mobility, stress-induced martensitic transformation behaviors and superelasticity will be clarified. The relationship among the microstructure, phase transformation and elastocaloric effect will be investigated. The present proposal will provide new idea and new method for developing new type SMA thin films with high performance for the micro solid state cooling applications in electronic chips, lab-on-chip, minimally invasive surgery and etc.
弹热效应制冷是最具有发展潜力的固态制冷技术,它是高效、清洁的制冷方式,提高其制冷功率是不变的话题。本项目基于基于间隙原子能够剧烈影响TiNi形状记忆合金的热力学参数这一客观事实,提出了通过间隙原子调节Ti-Ni(-Cu)合金热力学参数从而调控合金弹热性能的思路。在多个合金体系中筛选出了四种有潜力的合金体系,并系统研究了间隙原子对热力学参数、应力诱发马氏体相变行为、组织结构、弹热效应的影响规律。在四种合金中均获得了较未掺杂试样更高的熵变以及弹热温变,通过微结构分析及Maxwell方程揭示了间隙原子提高形状记忆合金弹热效应发的微观机制。获得了高熵变、大弹热温变(19K)、适当相变温度、力学性能以及稳定的高回复超弹性的Ti-Ni-Cu基形状记忆合金。为提高形状记忆合金弹热效应提供了新思路,能够推进绿色制冷方法代替传统压缩制冷的进程。本项目发表SCI论文4篇(其中JCR一区1篇,综述论文1篇);培养博士生2人,已毕业1人;硕士生2人,已毕业2人。
含纳米相Ti-Ni-Cu形状记忆合金薄膜的阻尼减振微观机理研究
  • 批准号:
    51801023
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李珺
  • 依托单位:
国内基金
海外基金