Känd för många som muskeltråd eller minnesmetall, formminneslegeringar är material som kan böjas eller deformeras, och sedan återgå till sin ursprungliga form när värme appliceras. Medan folk är mest bekanta med materialet i "okrossbara" glasögonbågar, dessa legeringar används också som vibrationsdämpare, ställdon, och sensorer i högteknologiska tillämpningar som flyg- och bilindustrin, medicinska apparater, och anläggningsteknik.

Värmepumpsystem är en annan potentiell användning för formminneslegeringar, dra nytta av deras elastokaloriska effekt, vilket är en kyleffekt som uppstår när legeringen påverkas cykliskt av mekaniska krafter. Forskare vid Ames Laboratory tror att värmepumpssystem utformade på det sättet kan leda till grönare, mer energieffektiva VVS- och kylsystem än för närvarande tillgängliga gaskompressionsmodeller.

För den applikationen, formminneslegeringar behöver "komma ihåg" sin ursprungliga form mer exakt, under längre perioder, genom många upprepade cykler.

"Tillämpningen av formminneslegeringar (SMA) är beroende av vad som kallas martensitisk fasövergång, som överför värme fram och tillbaka många gånger, helst utan någon försämring av värmecykeln, som att spricka, sa Lin Zhou, en forskare vid Ames Laboratory. "För att förstå varför den försämringen sker och hitta sätt att förbättra SMA:er för verkliga applikationer, vi måste titta på mikrostrukturen hos dessa material."

Forskarna jämförde två kopparbaserade SMA med samma sammansättning men tillverkade på olika sätt - efter glödgning, proverna kyldes med olika hastigheter. Sedan värmdes båda proverna inuti transmissionselektronmikroskopet (TEM), så att forskare kunde observera den martensitiska fasövergången i realtid.

Det snabbt kylda provet transformerades vid en lägre temperatur och med bättre "minne" än det långsammare kylda provet. Forskare tillskrev detta till bildandet av små nickelrika prickar som dök upp i det långsamt kylda provet, vilket förändrade fasövergångsvägen och påverkade legeringens prestanda negativt.

"De här Ni-rika fällningarna förändrar matrislegeringens sammansättning och gör fasövergången svårare att vända, energislingan är alltså mindre tillförlitlig, ", sade Zhou. "Det är den här typen av insikt som kommer att hjälpa oss att tillverka bättre SMAs."

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "In-situ TEM-analys av fasomvandlingsmekanismen för en Cu‒Al‒Ni formminneslegering, " författad av Tae-Hoon Kim, Gaoyuan Ouyang, Jonathan D. Poplawsky, Matthew J. Kramer, Valery I. Levitas, Jun Cui, och Lin Zhou; och publiceras i Journal of Alloys and Compounds .