As ligas de memória de forma (SMAs) níquel-titânio (NiTi) são ligas metálicas exclusivas que podem ser esticadas ou dobradas quando frias, e manter a forma, apenas para retornar à sua forma original quando aquecidas. Isso torna os NiTi SMAs úteis para uma ampla gama de dispositivos: implantes cirúrgicos, válvulas antiescamas, atuadores motorizados e muito mais. Como as SMAs respondem ao calor, os pesquisadores confiam nas câmeras de infravermelho para ajudar a entender melhor seu comportamento.

O desafio: Captura de comportamento térmico não uniforme em materiais complexos

As SMAs NiTi estão entre os materiais mais promissores para tecnologias de refrigeração de estado sólido, graças ao seu notável efeito elastocalórico (eCE) e superelasticidade. No entanto, caracterizar com precisão seu comportamento térmico, especialmente sob estresse mecânico, continua sendo um desafio complexo.

“Está bem estabelecido que a temperatura de algumas ligas de memória de forma especial varia sob estresse aplicado”, explica o Dr. Ruien Hu, diretor científico da PolyU. “Anteriormente, usamos termopares para medir mudanças de temperatura, mas sua capacidade de medição de ponto único era insuficiente para capturar a distribuição de temperatura não uniforme entre as amostras, especialmente dada a natureza heterogênea das ligas de NiTi.”

A necessidade de imagens térmicas de campo completo e alta velocidade

Para superar essas limitações, o Dr. Hu e sua equipe recorreram à FLIR para obter uma câmera de infravermelho apropriada de nível científico. Eles escolheram a FLIR X8583, uma câmera de onda média e alta velocidade equipada com lentes, filtros e software avançados.

“Nossa configuração experimental envolve o uso de uma máquina de teste de tração para realizar testes de tração e compressão em ligas de memória de forma”, diz o Dr. Hu.

“Simultaneamente, a câmera FLIR grava e analisa as variações de temperatura sob estresse. Essa capacidade é essencial para entender a resposta elastocalórica.”

A câmera FLIR X8583 ofereceu as imagens térmicas de alta velocidade de 1.280 × 1.024 que a equipe precisava para visualizar distribuições de temperatura de superfície não homogêneas durante ciclos de carregamento mecânico, oferecendo percepções que os sensores tradicionais não podiam fornecer.

Câmera FLIR X8583

Descoberta científica: Inhomogeneidade térmica orientada por microestrutura

Em um estudo recente, a equipe usou o Laser Powder Bed Fusion (LPBF) para fabricar ligas de NiTi com composição quase equitômica. Eles descobriram inhomogeneidade significativa no efeito elastocalórico, com diferença de temperatura de até 4,2 K em uma única amostra.

“As imagens infravermelhas revelaram que a distribuição da temperatura da superfície não era homogênea durante os efeitos elastocalóricos induzidos por compressão”, observa o Dr. Hu. “Isso ocorreu principalmente devido à microestrutura não uniforme das ligas de NiTi fabricadas pela LPBF.”

Amostras de liga de NiTi fabricadas pela LPBF

A morfologia do pó

As imagens térmicas da FLIR capturaram regiões listradas de alta e baixa temperatura, ajudando a equipe a vincular o tamanho do grão, a densidade de deslocamento e a distribuição de precipitados ao desempenho funcional do material.

Curva de transformação de fase do pó

Testemunho: A Vantagem da FLIR em Pesquisa

“A alta resolução da câmera de infravermelho FLIR é particularmente vantajosa para nossa pesquisa, pois nossas amostras são relativamente pequenas. Além disso, a taxa de quadros excepcional da câmera nos permite capturar mudanças rápidas de temperatura com precisão, essenciais para nossa análise. A FLIR aprimorou significativamente nossos recursos experimentais, permitindo-nos descobrir o comportamento térmico intrínseco de nossos espécimes com mais detalhes e precisão”, diz o Dr. Hu.

Resultado: Entendimento aprimorado e impacto científico

Com as poderosas ferramentas da FLIR, a equipe de pesquisa foi capaz de:

• Identificar o papel da não homogeneidade microestrutural na distribuição de temperatura
• Capture respostas térmicas de campo completo durante testes mecânicos cíclicos
• Obtenha novas percepções sobre super elasticidade e fadiga funcional
• Demonstre 96,1% de recuperação após o primeiro ciclo, evidenciando excelente super elasticidade

Essas descobertas estão contribuindo para uma iniciativa de pesquisa mais ampla para promover tecnologias de resfriamento de estado sólido e design adaptativo de materiais.

Suporte e exploração futura

A equipe também credita o suporte técnico da FLIR em seu sucesso:

“Nós nos beneficiamos muito da orientação do representante da FLIR, Sr. Liu Yongbo, que ajudou a resolver vários desafios técnicos. Esperamos continuar colaborando e apoiando à medida que nossa pesquisa evolui.”

O Dr. Hu e sua equipe também estão interessados em participar de conferências de usuários e fóruns científicos da FLIR para compartilhar percepções e promover a colaboração dentro da comunidade de pesquisa.

Ferramentas FLIR em uso

• Câmera FLIR X8583
• Lente MWIR f/4 MTR de 3-5 μm
• Research Studio – Edição Profissional
• Faixa de calibração termográfica: -20 °C a 1.500 °C

Conclusão: Detecte o Indetectável com a FLIR X8583

Ao permitir a visualização térmica rápida em campo completo, a câmera de infravermelho de alta velocidade FLIR X8583 tornou-se uma ferramenta de pesquisa essencial na PolyU. Ele permite que os cientistas explorem a dinâmica térmica oculta de materiais avançados, como ligas de NiTi, dados que seriam impossíveis de capturar com sensores convencionais.

A FLIR X8583 não apenas registra a temperatura, mas também revela a ciência por trás dela. Desde a revelação de comportamentos microestruturais até a aceleração da inovação em materiais inteligentes e resfriamento de estado sólido, a FLIR continua a expandir os limites do que é possível na pesquisa térmica.

Saiba mais sobre a FLIR X8583

FLIR X8583