숨겨진 열 표시
FLIR가 홍콩이공대학교에서 고급 NiTi 합금 연구를 지원하는 방법.
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니켈 티타늄(NiTi) 형상기억합금(SMA)은 냉간 시 늘어나거나 굽은 상태로 있다가 가열 시 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 독특한 금속 합금입니다. 따라서 NiTi SMA는 수술용 임플란트, 스케일 방지 밸브, 전동 액추에이터 등 다양한 기기에 사용됩니다. SMA는 열에 반응하기 때문에 연구자들은 적외선 카메라를 사용하여 SMA의 거동을 더 잘 이해할 수 있습니다.
과제: 복합 재료에서 불균일한 열 거동 촬영
NiTi SMA는 놀라운 탄성열량 효과(eCE)와 초탄성 덕분에 반도체를 이용한 냉장 기술에 가장 유망한 재료 중 하나입니다. 그러나 특히 기계적 응력이 가해지는 상황에서 이 합금의 열 거동을 정확하게 특성화하는 것은 여전히 복잡한 과제입니다.
PolyU의 과학연구관인 Ruien Hu 박사는 “일부 특수 형상기억합금의 온도가 가해진 응력에 따라 다르다는 사실은 잘 확립되어 있습니다”라고 설명합니다. “일반적으로 이전에는 온도 변화를 측정하기 위해 열전대를 사용했지만, 열전대의 단일 지점 측정 기능은 특히 NiTi 합금의 이질적인 특성을 고려할 때 표본 전반에서 불균일한 온도 분포를 캡처하기에 충분하지 않았습니다.”
전체 영역, 고속 열화상 촬영의 필요성
이러한 한계를 극복하기 위해 Hu 박사와 그의 팀은 FLIR에 적절한 과학적 수준의 적외선 카메라를 요청했습니다. 그들은 고급 렌즈, 필터 및 소프트웨어가 장착된 중파장 고속 카메라인 FLIR X8583을 선택했습니다.
Hu 박사는 “우리의 실험장치 구성에는 인장 시험기를 사용하여 형상기억합금에 대한 인장 및 압축 시험을 수행하는 것이 포함됩니다”라고 말합니다.
“동시에 FLIR 카메라는 응력이 가해진 상태에서 온도 변화를 기록하고 분석합니다. 이 기능은 탄성열량 반응을 이해하는 데 필수적입니다.”
FLIR X8583 카메라는 기계적 부하 사이클 동안 불균일한 표면 온도 분포를 시각화하는 데 필요한 고속 1280 × 1024 열화상을 제공하여, 기존 센서가 제공하지 못했던 인사이트를 줍니다.
FLIR X8583 카메라
과학적 발견: 미세구조 중심의 열 불균질성
최근의 연구에서 이 팀은 ‘레이저 분말 적층 융합(LPBF)’ 기술을 사용하여 근-등원자 조성으로 NiTi 합금을 제조했습니다. 또한 단일 샘플 전반에서 최대 4.2K 온도 차이와 함께 탄성열량 효과에서 상당한 불균질성을 발견했습니다.
Hu 박사는 “적외선 영상은 압축 유도 탄성열량 효과에서 표면 온도 분포가 불균일함을 보여주었습니다”라고 언급합니다. “이것은 주로 LPBF로 제조된 NiTi 합금의 불균일한 미세구조로 인한 것이었습니다.”
LPBF로 제조된 NiTi 합금 샘플
분말의 형태
FLIR의 열화상 촬영은 띠 모양의 고온 및 저온 영역을 포착하여, 이 팀이 결정립 크기, 전위 밀도 및 침전물 분포를 재료의 기능적 성능에 연결하는 데 도움을 줍니다.
분말의 위상 변환 곡선
사용후기: 연구에서 FLIR의 장점
“FLIR 적외선 카메라의 고해상도는 우리의 표본이 상대적으로 작기 때문에 특히 우리의 연구에 유리합니다. 또한 이 카메라의 뛰어난 프레임 속도 덕분에 분석에서 중요한 정밀도를 유지하며 온도 변화를 빠르게 포착할 수 있습니다. FLIR는 우리의 실험 능력을 크게 향상하여, 보다 상세하고 정확하게 표본의 고유한 열적 거동을 발견할 수 있었습니다”라고 Hu 박사는 말합니다.
결과: 향상된 이해 및 과학적 영향
FLIR의 강력한 도구를 통해 이 연구팀은 다음을 수행할 수 있었습니다.
- 온도 분포에서 미세구조 불균일성의 역할 식별
- 주기적 기계 테스트 중 전체 영역 열적 반응 포착
- 초탄성 및 기능적 피로에 대한 새로운 인사이트 획득
- 첫 번째 사이클 후 96.1% 회복, 즉 탁월한 초탄성의 증거 시연
이러한 연구 결과는 반도체를 이용한 냉각 기술과 적응형 재료 설계의 발전을 위한 광범위한 연구 이니셔티브에 기여하고 있습니다.
지원 및 향후 탐색
또한 이 팀은 연구 성과에서 FLIR의 기술 지원이 중요한 역할을 했다는 것도 인정하고 있습니다.
“우리는 FLIR 담당자인 Liu Yongbo의 안내를 통해 많은 혜택을 받았습니다. 그는 여러 가지 기술적 문제를 해결하는 데 도움을 주었습니다. 향후 연구에서도 지속적인 협력과 지원을 기대하고 있습니다.”
Hu 박사와 그의 팀은 FLIR 사용자 컨퍼런스 및 과학 포럼에 참여하여 연구 커뮤니티 내에서 인사이트를 공유하고 협업을 촉진하는 것에도 관심이 있습니다.
사용 중인 FLIR 도구
- FLIR X8583 카메라
- MWIR f/4 3-5μm MTR 렌즈
- Research Studio – Professional 에디션
- 열화상 교정 범위: -20°C~1500°C
결론: FLIR X8583으로 이전에는 감지할 수 없었던 것을 감지하세요
고속 전체 영역 열 시각화를 지원하는 FLIR X8583 고속 적외선 카메라는 PolyU에서 필수적인 연구 도구가 되었습니다. 이 카메라를 사용하여 과학자들은 NiTi 합금과 같은 고급 재료의 숨겨진 열역학, 즉 기존 센서로는 포착할 수 없는 데이터를 탐색할 수 있습니다.
FLIR X8583은 온도를 기록하는 데 그치지 않고 그 이면에 숨겨진 과학을 밝혀냅니다. 미세구조 거동을 보여주는 것부터 스마트 재료 및 반도체를 이용한 냉각의 혁신을 가속화하는 것에 이르기까지, FLIR는 열 연구에서 가능한 것의 경계를 지속적으로 넓혀가고 있습니다.
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