Bij velen bekend als spierdraad of geheugenmetaal, vormgeheugenlegeringen zijn materialen die kunnen worden gebogen of vervormd, en keer dan terug naar hun oorspronkelijke vorm wanneer warmte wordt toegepast. Terwijl mensen het meest bekend zijn met het materiaal in "onbreekbare" brilmonturen, deze legeringen worden ook gebruikt als trillingsdempers, actuatoren, en sensoren in hoogtechnologische toepassingen zoals de lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie, medische apparatuur, en civiele techniek.

Warmtepompsystemen zijn een ander potentieel gebruik voor legeringen met vormgeheugen, profiteren van hun elastocalorische effect, dat is een koelend effect dat optreedt wanneer de legering cyclisch wordt beïnvloed door mechanische krachten. Wetenschappers van Ames Laboratory denken dat op die manier ontworpen warmtepompsystemen kunnen leiden tot groenere, energiezuinigere HVAC- en koelsystemen dan momenteel beschikbare gascompressiemodellen.

Voor die toepassing, legeringen met vormgeheugen moeten hun oorspronkelijke vorm nauwkeuriger "herinneren", voor langere tijd, door vele herhaalde cycli.

"De toepassing van vormgeheugenlegeringen (SMA) is afhankelijk van wat martensitische faseovergang wordt genoemd, die warmte vele malen heen en weer transporteert, idealiter zonder enige verslechtering van de warmtecyclus, zoals kraken, " zei Lin Zhou, een wetenschapper bij Ames Laboratory. "Om te begrijpen waarom die degradatie plaatsvindt en manieren te vinden om SMA's voor real-world toepassingen te verbeteren, we moeten kijken naar de microstructuur van deze materialen."

De onderzoekers vergeleken twee op koper gebaseerde SMA's van dezelfde samenstelling maar anders gefabriceerd - na uitgloeien, de monsters werden met verschillende snelheden gekoeld. Vervolgens werden beide monsters verwarmd in de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM), zodat wetenschappers de martensitische faseovergang in realtime konden observeren.

Het snel afgekoelde monster transformeerde bij een lagere temperatuur en met een beter "geheugen" dan het langzamer afgekoelde monster. Onderzoekers schreven dit toe aan de vorming van kleine nikkelrijke stippen die in het langzaam afgekoelde monster verschenen, die de faseovergangsroute veranderde en de prestaties van de legering negatief beïnvloedde.

"Die Ni-rijke precipitaten veranderen de samenstelling van de matrixlegering en maken de faseovergang moeilijker om te keren, dus de energiekringloop is minder betrouwbaar, "zei Zhou. "Het is dit soort inzicht dat ons zal helpen betere SMA's te fabriceren."

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "In-situ TEM-analyse van het fasetransformatiemechanisme van een Cu‒Al‒Ni-vormgeheugenlegering, " geschreven door Tae-Hoon Kim, Gaoyuan Ouyang, Jonathan D. Poplawsky, Matthew J. Kramer, Valery I. Levitas, juni Cui, en Lin Zhou; en gepubliceerd in The Journal of legeringen en verbindingen .