北航Science最新效果增材制作抗疲劳高性能应力制冷资料

2019-12-01 20:21:17 来源: 放大字体  缩小字体

北京航空航天大学侯慧龙副教授以榜首作者身份在国际尖端期刊《Science》宣布了最新研究成果,文章标题为《Fatigue-resistant high-performance elastocaloric materials made by additive manufacturing》。

空谐和制冷每年耗费全国际约五分之一的电力资源。更高效、更环保的制冷技能在最近十几年发展迅速 (Science311, 1270-1271 (2006); Nature Materials,13, 439-450 (2014); Science355, 1062-1066 (2017); Nature567, 506-510 (2019))。固态制冷技能(包含磁热制冷、机械热制冷和电热制冷及其他)近年来引起重视。应力制冷(或称弹热制冷,是机械热制冷的方式之一)是经过外应力场的施加和移除可逆地改动资料的晶体结构对称性以引起资料放热和吸热。应力制冷技能在2012年发明于美国马里兰大学,因其巨大的潜热效能,在2014年美国能源部计算的替代蒸气紧缩式制冷的17种可选技能中居首。一起,应力制冷样机和应力蓄热热泵也在不断开发,以期挨近实践使用。但是,应力制冷资料的热力滞后会束缚制冷系统的功率,而且其对制冷功用的长时间安稳性影响没有得到解决。

增材制作镍钛合金可以制作出高效热力学功用、超窄滞后的应力制冷资料。经过精巧规划的“工艺-微结构-特征-功用”战略,使用粉末激光定向能量堆积技能中的部分熔融和快速冷却的特征,调理元素粉末的份额到达近共熔成分混合,完成在二元合金基体中镶嵌富镍的金属间化合物的纳米复合微结构。所取得的应力制冷资料在准线性应力-应变行为中展现出极小的应力滞后,比较于一般的状况其资料功率提高了4到7倍,而且在一百万次循环中具有可重复的应力制冷功用。先进的原位加载同步X射线衍射表征手法辅以微观力学模型提醒了二元合金基体和富镍金属间化合物的相互效果机制。根据试验观测创建了应力制冷资料输入能量耗散率与功用失效循环之间的唯象相关性,而且开始的试验计算显现该相关性可普适于固态制冷资料,创始性地为长寿命资料的制作、选取和工程规划供给科学依据,对构筑高效、安稳的固态制冷技能具有重要的科学与技能含义。

增材制作应力制冷资料能轻松完成对具有长寿命、高功用的金属制冷剂进行共同的微观结构操控。抗疲劳、高功用镍钛合金的取得展现了增材制作在优化固态制冷技能的潜力。

图一为增材制作抗疲劳、高功用应力制冷资料的示意图。

(右上)粉末送料机用以供给元素粉末并加以混合,构成近共熔成分;激光在聚集时供给能量;(中心)混合的元素粉末在激光的效果下熔融,构成部分熔池;跟着部分熔池的不间断移动,构件的不同部位顺次构成;(布景)作为典范展现,蜂窝状构件的形状和高度顺次构成。

后续行将展开的研究工作将立足于北京航空航天大学,服务于国家在航空航天飞行器特种制冷技能的严重需求,结合航空科学与工程学院特征专业(包含飞行器结构强度和人机与环境工程),并与资料科学与工程学院、机械工程及自动化学院以及国内外相关单位协作进行。

文章信息: Huilong Hou, et al.Fatigue-resistant high-performance elastocaloric materials made by additive manufacturing.Science366, 1116-1121 (2019).

文章链接:

https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1116

DOI: 10.1126/science.aax7616

来历:资料人

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