NITINOL شکل میموری مرکب

نکل ٹائٹینیم، جسے نائٹینول بھی کہا جاتا ہے، نکل اور ٹائٹینیم کا ایک دھاتی مرکب ہے، جہاں دونوں عناصر تقریباً برابر جوہری فیصد میں موجود ہوتے ہیں۔ نکل کے وزن کے فیصد کے مطابق مختلف مرکبات کا نام دیا گیا ہے۔ مثال کے طور پر، نائٹینول 55 اور نائٹینول 60۔

Nitinol مرکب دو قریبی متعلقہ اور منفرد خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں: شکل میموری اثر اور سپر لچک (جسے pseudoelasticity بھی کہا جاتا ہے)۔ شکل کی یادداشت نائٹینول کی وہ صلاحیت ہے جو ایک درجہ حرارت پر خرابی سے گزرتی ہے، بیرونی قوت کو ہٹانے پر اپنی بگڑی ہوئی شکل میں رہتی ہے، اور پھر اس کے "ٹرانسفارمیشن ٹمپریچر" سے اوپر گرم ہونے پر اپنی اصل، غیر درست شکل کو بحال کرتی ہے۔

NiTi کمپاؤنڈ۔

نائٹینول کی غیر معمولی خصوصیات ایک الٹنے والی ٹھوس حالت کے مرحلے کی تبدیلی سے اخذ کی گئی ہیں جسے دو مختلف مارٹینائٹ کرسٹل مراحل کے درمیان مارٹینسیٹک تبدیلی کہا جاتا ہے، جس کے لیے 69–138 MPa (10,000–20,000 psi) کی ضرورت ہوتی ہے۔ میکانی کشیدگی.

اعلی درجہ حرارت پر، نائٹینول ایک درمیانے درجے کی سادہ کیوبک ساخت کو فرض کرتا ہے جسے آسٹنائٹ (جسے پیرنٹ فیز بھی کہا جاتا ہے) کہا جاتا ہے۔ کم درجہ حرارت پر، نائٹینول بے ساختہ ایک زیادہ پیچیدہ مونوکلینک کرسٹل ڈھانچے میں تبدیل ہو جاتا ہے جسے مارٹینائٹ (بیٹی کا مرحلہ) کہا جاتا ہے۔[8] آسٹنائٹ سے مارٹینائٹ اور مارٹینائٹ سے آسٹنائٹ تبدیلیوں کے ساتھ چار منتقلی درجہ حرارت وابستہ ہیں۔ مکمل آسٹنائٹ سے شروع ہو کر، مارٹینائٹ بننا شروع ہو جاتی ہے کیونکہ مرکب کو ٹھنڈا کر کے نام نہاد مارٹینائٹ اسٹارٹ ٹمپریچر یا Ms، اور جس درجہ حرارت پر تبدیلی مکمل ہوتی ہے اسے مارٹینائٹ ختم درجہ حرارت، یا Mf کہا جاتا ہے۔ جب کھوٹ مکمل طور پر مارٹینائٹ ہو جاتا ہے اور اسے گرم کیا جاتا ہے، تو آسٹنائٹ آسٹینائٹ کے ابتدائی درجہ حرارت پر بننا شروع ہوتا ہے، As، اور ختم ہوتا ہے austenite کے ختم ہونے والے درجہ حرارت، Af پر۔[9]

نائٹینول کے مرحلے کی تبدیلی کا تھرمل ہسٹریسس

کولنگ/ہیٹنگ سائیکل تھرمل ہسٹریسس کو ظاہر کرتا ہے۔ ہسٹریسیس کی چوڑائی عین مطابق نائٹینول کی ساخت اور پروسیسنگ پر منحصر ہے۔ اس کی مخصوص قدر تقریباً 20–50 ڈگری (36–90 ڈگری ایف) پر پھیلی ہوئی درجہ حرارت کی حد ہے لیکن اسے مرکب سازی[10] اور پروسیسنگ کے ذریعے کم یا بڑھایا جا سکتا ہے۔[11]

نائٹینول خصوصیات کے لیے اہم اس مرحلے کی تبدیلی کے دو اہم پہلو ہیں۔ پہلا یہ کہ تبدیلی "ریورسیبل" ہے، یعنی تبدیلی کے درجہ حرارت سے اوپر گرم کرنے سے کرسٹل ڈھانچہ آسان آسٹنائٹ مرحلے میں واپس آجائے گا۔ دوسرا اہم نکتہ یہ ہے کہ دونوں سمتوں میں تبدیلی فوری ہے۔

مارٹین سائیٹ کا کرسٹل ڈھانچہ (جسے ایک مونوکلینک یا B19 ڈھانچہ کہا جاتا ہے) جوہری بانڈز کو توڑے بغیر کچھ طریقوں سے محدود اخترتی سے گزرنے کی منفرد صلاحیت رکھتا ہے۔ اس قسم کی اخترتی کو ٹوئننگ کے نام سے جانا جاتا ہے، جس میں جوہری طیاروں کو پھسلنے، یا مستقل اخترتی کے بغیر دوبارہ ترتیب دینے پر مشتمل ہوتا ہے۔ اس طریقے سے یہ تقریباً 6-8 فیصد تناؤ سے گزرنے کے قابل ہے۔ جب مارٹینائٹ کو گرم کر کے آسٹینائٹ میں واپس کر دیا جاتا ہے، تو اصلی آسٹینیٹک ڈھانچہ بحال ہو جاتا ہے، قطع نظر اس کے کہ مارٹینائٹ کا مرحلہ درست نہیں تھا۔ اس طرح اعلی درجہ حرارت کے آسٹنائٹ مرحلے کی شکل کو "یاد رکھا جاتا ہے،" حالانکہ مرکب کم درجہ حرارت پر شدید طور پر بگڑ جاتا ہے۔[12]

کولنگ/ہیٹنگ سائیکل کے دوران نائٹینول کی کرسٹل لائن کی ساخت کا 2D منظر

بگڑے ہوئے مارٹینائٹ کو آسٹنائٹ میں تبدیل کرنے سے بہت زیادہ دباؤ پیدا کیا جا سکتا ہے- 240 MPa (35,000 psi) سے، بہت سے معاملات میں، 690 MPa (100,000 psi) سے زیادہ )۔ نائٹینول اپنی اصلی شکل میں واپس آنے کے لیے اتنی محنت کرنے کی ایک وجہ یہ ہے کہ یہ صرف ایک عام دھاتی مرکب نہیں ہے، بلکہ اسے انٹرمیٹالک مرکب کہا جاتا ہے۔ ایک عام کھوٹ میں، اجزاء تصادفی طور پر کرسٹل جالی میں رکھے جاتے ہیں۔ ایک ترتیب شدہ انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ میں، ایٹم (اس معاملے میں نکل اور ٹائٹینیم) جالی میں بہت مخصوص جگہیں رکھتے ہیں۔[13] حقیقت یہ ہے کہ نائٹینول ایک انٹرمیٹالک ہے جو مرکب سے بنے آلات کی پیچیدگی کے لئے زیادہ تر ذمہ دار ہے۔

ایپلی کیشنز

ایک نائٹینول پیپر کلپ جھکا اور گرم پانی میں رکھنے کے بعد بازیافت ہوا۔

نائٹینول کے لیے عام طور پر استعمال ہونے والی چار اقسام ہیں:

مفت ریکوری

نٹینول کم درجہ حرارت پر خراب ہوتا ہے، درست شکل میں رہتا ہے، اور پھر شکل میموری اثر کے ذریعے اس کی اصل شکل کو بحال کرنے کے لیے گرم کیا جاتا ہے۔

محدود بحالی

مفت بحالی کی طرح، سوائے اس کے کہ بحالی کو سختی سے روکا جاتا ہے اور اس طرح تناؤ پیدا ہوتا ہے۔

کام کی پیداوار

کھوٹ کو بازیافت کرنے کی اجازت ہے، لیکن ایسا کرنے کے لیے اسے قوت کے خلاف کام کرنا چاہیے (اس طرح کام کرنا)۔

سپر لچک

نائٹینول سپر لچکدار اثر کے ذریعے سپرنگ کے طور پر کام کرتا ہے۔

سپر لچکدار مواد تناؤ کی وجہ سے تبدیلی سے گزرتے ہیں اور عام طور پر ان کی "شکل میموری" کی خاصیت کے لیے پہچانے جاتے ہیں۔ اس کی اعلی لچک کی وجہ سے، NiTi تاریں ایک "elastocaloric" اثر دکھاتی ہیں، جو کہ تناؤ سے متحرک حرارت/کولنگ ہے۔ NiTi تاریں فی الحال ٹیکنالوجی کے لیے سب سے زیادہ امید افزا مواد کے طور پر تحقیق کے تحت ہیں۔ یہ عمل تار پر ٹینسائل لوڈنگ کے ساتھ شروع ہوتا ہے، جس کی وجہ سے سیال (تار کے اندر) HHEX (گرم ہیٹ ایکسچینجر) میں بہہ جاتا ہے۔ اس کے ساتھ ہی گرمی کو باہر نکال دیا جائے گا، جس کا استعمال اردگرد کے ماحول کو گرم کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ معکوس عمل میں، تار کی ٹینسائل اتارنے سے CHEX (کولڈ ہیٹ ایکسچینجر) کی طرف بہنے والا سیال ہوتا ہے، جس کی وجہ سے NiTi تار اردگرد سے گرمی جذب کرتا ہے۔ لہذا، ارد گرد کے درجہ حرارت کو کم کیا جا سکتا ہے (ٹھنڈا).

Elastocaloric آلات کا موازنہ اکثر میگنیٹوکلورک آلات سے موثر حرارتی/کولنگ کے نئے طریقوں کے طور پر کیا جاتا ہے۔ NiTi تاروں کے ساتھ تیار کردہ Elastocaloric ڈیوائس کو گیڈولینیم کے ساتھ بنائے گئے میگنیٹو کیلورک ڈیوائسز پر اس کی مخصوص کولنگ پاور (2 Hz پر) کی وجہ سے فائدہ ہوتا ہے، جو کہ 70X بہتر ہے (7 kWh/kg بمقابلہ 0.1 kWh/kg)۔ تاہم، NiTi تاروں کے ساتھ بنائے گئے الیکٹرو کیلورک آلات کی بھی حدود ہوتی ہیں، جیسے کہ اس کی مختصر تھکاوٹ کی زندگی اور بڑی تناؤ والی قوتوں پر انحصار (توانائی کا استعمال)۔