Person: Khanna, Deepali
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Khanna
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Deepali
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Ciencias
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0000-0003-1230-3124
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Publication Open Access 3D-printable composites for magnetic refrigeration based on Ni-Mn-In-Co shape memory alloys(2023) Khanna, Deepali; Pérez de Landazábal Berganzo, José Ignacio; Sánchez-Alarcos Gómez, Vicente; Ciencias; ZientziakLas aleaciones con memoria de forma metamagnética (MMSMA) Ni-Mn-Z (Z = In, Sn y Sb) han atraído un gran interés en las últimas décadas debido a sus propiedades asociadas con una transformación estructural llamada Transformación Martensítica (MT) entre un fase austenítica ferromagnética y una fase martensítica débilmente magnética. Como resultado, se produce una variación significativa de la magnetización durante la transformación martensítica. Esta característica permite la inducción de la transformación mediante la aplicación de un campo magnético, lo que da lugar a propiedades multifuncionales tales como la magneto-resistencia gigante, el efecto de memoria de forma magnético y un gran efecto magnetocalórico inverso. Estas propiedades tienen aplicaciones prácticas en detección y refrigeración magnética. Las temperaturas de transformación, la magnetización de las distintas fases, el cambio de entropía asociado a la transformación y otras características magneto-estructurales que determinan las propiedades funcionales dependen de la composición, estructura y microestructura de las aleaciones. Si bien la estructura y la composición (incluido el orden atómico) se han analizado ampliamente, el papel de la microestructura ha recibido menos atención, a pesar de su potencial para controlar las propiedades magneto-estructurales. Por lo tanto, esta tesis doctoral se centra por un lado en examinar la influencia de la microestructura (específicamente en Ni-Mn-In codopado) en las propiedades magneto-estructurales de las micro-partículas producidas por molienda. Por otro lado, el alto MCE que demuestran las aleaciones de Ni-Mn-In-Co las convierte en un material atractivo para su uso en tecnologías de eficiencia energética. Sin embargo, estas aleaciones son muy quebradizas y su uso en dispositivos comerciales (por ejemplo, intercambiadores de calor) se limita a geometrías simples. Para superar este problema, el presente trabajo de tesis demuestra que el uso de compuestos sintetizados empleando micropartículas con memoria de forma magnética (funcionalidad) y polímeros (integridad geométrica) podría ser una alternativa en el futuro. El objetivo principal es poder obtener micro-partículas con propiedades funcionales mejoradas (tamaños compatibles con una boquilla de impresora 3D estándar) que se puedan incrustar en una matriz polimérica que dé como resultado un compuesto magnético imprimible en 3D homogéneo. En este marco, se emplearon tratamientos termo-mecánicos (que incluyen trituración manual, molienda de bolas y recocido térmico) para producir micro-partículas de Ni45Co5Mn36.7In13.3. Se ha analizado la influencia d la molienda mecánica en las propiedades estructurales y magnéticas (características de la MT, estructuras cristalográficas, magnetización de saturación y susceptibilidad magnética) y en los parámetros microestructurales como las tensiones internas y los tamaños de cristalitos de las micropartículas. El análisis se realizó en muestras molidas tanto en austenita como en martensita y sometidas a diferentes tiempos de molienda. Se logró una comprensión más profunda del papel que desempeña la microestructura en las propiedades magneto-estructurales de estas aleaciones meta-magnéticas con memoria de forma. Para cada tiempo de molienda, las partículas se tamizaron en diferentes intervalos de tamaño y se realizó un análisis comparativo de los parámetros magnetoestructurales y microestructurales de las partículas dentro del mismo rango de tamaño. La correlación entre el grado de deformación y el tamaño de partícula abrió nuevas posibilidades para mejorar las propiedades funcionales de las aleaciones, donde con la mera selección del tamaño de partícula (independientemente de la duración, el tiempo y el entorno de la molienda), se puede seleccionar unas propiedades magneto-estructurales específicas con características de transformación definidas. Se ha estimado el MCE y el poder refrigerante de aquellas partículas aptas para ser embebidas en filamentos poliméricos imprimibles. Finalmente, se llevó a cabo la fabricación de compuestos magnéticos en base a mezclas polímero-MMSMA. Se ha analizado el efecto de la adición de las micropartículas sobre las transformaciones de fase y la estabilidad térmica de los polímeros. Los filamentos se extruyeron a partir de los materiales compuestos con una alta concentración de partículas y se obtuvo una adecuada consistencia mecánica. También se demostró la capacidad de impresión de estos filamentos. Como prueba de concepto, se imprimió un intercambiador de calor en 3D para refrigeración magnética utilizando el filamento desarrollado.Publication Embargo High functional 3D printed PCL/FSMA magnetic composites(IOP Publishing, 2024) Lambri, Fernando Daniel; Bonifacich, Federico Guillermo; Lambri, Osvaldo Agustín; Khanna, Deepali; Pérez de Landazábal Berganzo, José Ignacio; Recarte Callado, Vicente; Sánchez-Alarcos Gómez, Vicente; Lambri, Melania Lucila; Zelada, Griselda Irene; Ciencias; Zientziak; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2The capacity of adaptability of a three-dimensional-printed composite of polycaprolactone-based containing micro-particles of ferromagnetic shape memory alloy of composition Ni45Mn36.7In13.3Co5 was determined. Composites exhibit an increase in both damping and modulus values up to around 11%, at temperatures close to 325 K, when applying a magnetic field of 120 kA m−1. In addition, composites show also an increase in the damping values of around 50% at temperatures near 333 K, related to the martensitic transformation, which is promoted by an increase in the oscillating strain from 0.5 × 10−4 up to 2 × 10−4 and when applying a magnetic field of 120 kA m−1. Moreover, the maximum temperature of use of the composite can be increased by means of a magnetic field. These adaptability qualities make this functional composite attractive, for the vibration control at elevated temperatures as well as the potential applications in magnetocaloric devices.Publication Open Access Correlation between particle size and magnetic properties in soft-milled Ni45Co5Mn34In16 powders(Elsevier, 2021) Khanna, Deepali; Sánchez-Alarcos Gómez, Vicente; Recarte Callado, Vicente; Pérez de Landazábal Berganzo, José Ignacio; Zientziak; Institute for Advanced Materials and Mathematics - INAMAT2; Ciencias; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua, PC017-018 AMELEC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate PublikoaThe effect of microstructural defects induced by mechanical milling has been studied in a Ni–Mn–In–Co metamagnetic shape memory alloy. The martensitic transformation and Curie temperatures do not change with grinding, thus pointing out to a null variation of long range atomic order as a consequence of the deformation. Nevertheless, the enthalpy change of the martensitic transformation highly decreases. This, and the large thermal stabilization of the martensite (with shifts on the temperature of the first reverse martensitic transformation up to 60 K), indicate the presence of a huge amount of internal stresses and microstructural defects in the obtained micro-particles. The presence of such defects considerably affects the saturation magnetization in austenite whereas almost no effect is observed in martensite. The magnetocaloric effect has been evaluated in samples with three different particle sizes. In spite of the MCE value is lower than in the bulk, the broader temperature range for the martensitic transformation in the powders makes the relative cooling power be comparable to that in the bulk. The as-milled micro-particles can be then considered as good preliminary candidates for magnetic refrigeration applications at the microscale.