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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811739
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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.