見えない熱を可視化する：FLIRによる香港理工大学の高性能NiTi合金研究支援

ニッケルチタン（NiTi）形状記憶合金（SMA）は、冷たいときは伸ばしたり曲げたりしてその形状を保持することができ、加熱したときにのみ、元の形状に戻すことができるユニークな金属合金です。このためNiTi SMAは、サージカルインプラント、アンチスカルドバルブ、電動アクチュエータなど、幅広い機器に有用です。SMAは熱に反応するため、研究者は、その挙動を把握するために赤外線カメラを利用しています。

 

課題：複合素材における不均一な熱挙動の測定

NiTi SMAは、驚くべき弾性熱量効果（eCE）と超弾性を持っており、固体冷却技術の最も有望な材料の1つです。しかし、特に機械的ストレス下で、熱挙動の特性を正確に明らかにすることは、依然として複雑な課題です。

「ストレスを加えられた特殊形状記憶合金の温度は一定ではないというのは定説です」と香港理工大学の研究者であるルーエン・フー博士は言います。「以前は熱電対を使用して温度変化を測定していましたが、特にNiTi合金の不均一な性質を考えると、熱電対の単一点測定では、試験片全体の不均一な温度分布を測定するには不十分でした。」

 

フルフィールドの高速サーモグラフィの必要性

FLIRは、こうした制限を克服するために、フー博士とそのチームは、科学的水準の赤外線カメラをFLIRに求めました。フー博士らが選んだのは、高性能のレンズ、フィルター、ソフトウェアを搭載した中波長高速カメラ、FLIR X8583でした。

「私たちの実験では、形状記憶合金の引張および圧縮試験を実施するために引張試験機を使用します」とフー博士は言います。

「同時に、FLIRのカメラがストレス下での温度変化を記録、分析します。この機能は、弾性熱量効果による反応を把握するために不可欠です。」

FLIR X8583カメラは、機械的負荷サイクル中に不均一な表面温度分布を視覚化するのに必要な解像度1280 × 1024の高速サーモグラフィを提供し、従来のセンサーでは不可能だったインサイトをもたらしました。

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FLIR X8583カメラ

 

科学的発見：微細構造による熱不均一性

最近の研究で、チームはレーザー粉末床溶融結合法（LPBF）を使用して、等原子組成に近いNiTi合金を製造しました。そして、1つのサンプルで最大4.2Kの温度差という弾性熱量効果の有意な不均一性を発見しました。

「赤外線イメージングにより、圧縮による弾性熱量効果が発生している間、表面温度分布が不均一であることが明らかになりました。これは主に、LPBFによって製造されたNiTi合金の不均一な微細構造によるものです」とフー博士は述べています。

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LPBFによって製造されたNiTi合金サンプル

 

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粉末の形態

 

FLIRのサーモグラフィは、高温および低温領域をストライプ状に測定し、粒径、転位密度、析出物の分布を素材の機能的性能に結び付けるうえで役立ちます。

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粉末の相変態曲線

 

推薦の声：研究におけるFLIRの優位性

「FLIRの赤外線カメラの高解像度は、試験片が比較的小さい私たちの研究では特に有益です。さらに、並外れたカメラのフレームレートにより、分析に極めて重要な急速な温度変化を正確に測定できます。FLIRのおかげで実験能力が大幅に強化され、より詳細かつ正確に試験片の本質的な熱挙動を明らかにすることができました」とフー博士は述べています。

 

成果：深い理解と科学的影響

FLIRの強力なツールにより、研究チームは以下のことを実現しました。

  • 温度分布において微細構造の不均一性が果たす役割を特定する
  • 周期的な機械試験中にフルフィールドの熱応答を測定
  • 超弾性と機能的疲労に関する新しいインサイトを取得
  • 初回サイクル後に96.1%の回復を実証—優れた超弾性の証拠

これらの研究結果は、固体冷却技術と適応的材料設計を進歩させる、より広範な研究イニシアチブに貢献しています。

 

サポートと今後の研究

また、チームは、成功におけるFLIRの技術サポートを評価しています。

「FLIRの担当者であるリウ・ヨンボ氏の助言には大いに助けられ、いくつかの技術的課題を解決することができました。今後の研究の進展においても、継続的なコラボレーションとサポートを期待しています。」

また、フー博士とそのチームは、FLIRのユーザーカンファレンスや科学フォーラムに参加し、インサイトを共有して研究コミュニティ内でコラボレーションを促進することにも関心を持っています。

使用中のFLIRツール

  • FLIR X8583カメラ
  • MWIR f/4 3～5 μm MTRレンズ
  • Research Studio – プロフェッショナル版
  • サーモグラフィのキャリブレーション範囲：-20°C～1500°C

 

結論：FLIR X8583で検出不可能なものを検出

高速でフルフィールドの熱可視化を可能にするFLIR X8583高速赤外線カメラは、香港理工大学で欠かせない研究ツールとなっています。このカメラは、従来のセンサーでは測定できなかった、NiTi合金のような高性能素材の目に見えない熱力学を探求することができます。

FLIR X8583は温度を記録するだけでなく、その背後にある科学を明らかにします。微細構造の挙動の解明から、スマート素材のイノベーションの加速、固体冷却まで、FLIRは、熱研究の可能性の限界を超え続けています。

FLIR X8580-HSの詳細を見る

FLIR X8580-HS

 

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