니티놀(Nitinol)은 Ni-Ti 합금으로서 높은 댐핑용량, 마모와 부식에 대한 저항성, 높은 인장강도, 훌륭한 생체적합성 등의 특성으로 인하여 형상기억합금으로서 가장 널리 사용되는 물질이다. 이 니티놀은 같은 비율의 Ni-Ti 합금으로서 각 온도, 압력 등의 조건에서 각각 안정한 구조가 다르므로 ...
니티놀(Nitinol)은 Ni-Ti 합금으로서 높은 댐핑용량, 마모와 부식에 대한 저항성, 높은 인장강도, 훌륭한 생체적합성 등의 특성으로 인하여 형상기억합금으로서 가장 널리 사용되는 물질이다. 이 니티놀은 같은 비율의 Ni-Ti 합금으로서 각 온도, 압력 등의 조건에서 각각 안정한 구조가 다르므로 형상기억효과(Shape-memory effect)를 가지게 되는데, 형상기억합금에 대한 활용도가 증가하고 있는 만큼 Ni-Ti의 이런 열 물리 특성에 대한 연구가 활발히 이루어졌다. 하지만 마이크로스케일에서의 Ni-Ti 합금의 열 물리 특성에 대한 연구에 비해 나노스케일에서 Ni-Ti 합금의 초탄성 특성을 비롯하여 상변화 특성에 대한 연구는 미비하다. 그에 반해서 센싱(Sensing), 발동작용(Actuation), 형상기억(Shape memory), 기계적 댐핑(Mechanical damping)에 쓰이는 마이크로/나노장비에 대한 활용도가 증가하면서 나노스케일에서의 연구의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 특히 Ni-Ti 합금의 다결정구조(polycrystalline)에서의 상변화 특성은 거의 연구가 되지 않고 있다. 다결정구조에 대한 연구가 더욱 중요한 이유는 실제로 쓰이는 Ni-Ti 합금이 다결정구조로 되어있기 때문이다. 이 다결정 구조에 쓰이는 원자의 개수는 기본적으로 수 만개에서 수 십 만개의 원자시스템으로서 전산모사시뮬레이션을 하게 된다. 하지만 일반적으로 전산모사 시뮬레이션에 사용되는 제일원리(First principles)같은 경우에는 계산 값이 비싸서 5000개 이상 원자시스템의 시뮬레이션 계산은 현실적으로 불가능하다. 따라서 이 연구를 위해서는 분자동역학(Molecular dynamics) 방법의 이용이 필수적이다. 제일원리와 분자동역학 계산에 대한 차이점을 간단히 설명하자면, 제일원리계산은 시스템의 원자주위 전자의 분포를 확률적으로 계산하고 시스템의 원자와 주위전자들을 전부 고려하여 계산하는 반면에 분자동역학 방법은 경험포텐셜(Empirical potential)을 통하여 전자가 원자에 대해 미치는 영향을 알 수가 있기 때문에 시스템의 원자만으로 시뮬레이션 계산을 한다. 정확도로 보자면 제일원리 계산이 더욱 유리 할 수 있지만 분자동역학 방법은 제일원리 계산보다 속도 면에서 훨씬 유리한 해석방법이다. 따라서 분자동역학 방법에서는 물질특성에 대한 정확한 예측을 할 수 있는 경험포텐셜이 아주 중요한 문제이다. 하지만 현재까지 개발된 Ni-Ti 합금의 경험포텐셜은 다결정구조를 위한 해석에 앞서서 단결정구조 해석에 있어서도 조차 정확한 예측이 불가능 하다. 따라서 본 논문은 Ni-Ti 합금의 상변화 특성을 위한 포텐셜 개발을 목적으로 하며, Ni-Ti 합금이 가지는 B2와 B19’의 두 가지 구조에 관한 파라미터 피팅을 실시하였다. 또한 개발된 포텐셜을 바탕으로 elastic constant, transferability, stability등을 확인하여 Ni-Ti의 상변화 예측에 대한 가능성을 확인한다.
니티놀(Nitinol)은 Ni-Ti 합금으로서 높은 댐핑용량, 마모와 부식에 대한 저항성, 높은 인장강도, 훌륭한 생체적합성 등의 특성으로 인하여 형상기억합금으로서 가장 널리 사용되는 물질이다. 이 니티놀은 같은 비율의 Ni-Ti 합금으로서 각 온도, 압력 등의 조건에서 각각 안정한 구조가 다르므로 형상기억효과(Shape-memory effect)를 가지게 되는데, 형상기억합금에 대한 활용도가 증가하고 있는 만큼 Ni-Ti의 이런 열 물리 특성에 대한 연구가 활발히 이루어졌다. 하지만 마이크로스케일에서의 Ni-Ti 합금의 열 물리 특성에 대한 연구에 비해 나노스케일에서 Ni-Ti 합금의 초탄성 특성을 비롯하여 상변화 특성에 대한 연구는 미비하다. 그에 반해서 센싱(Sensing), 발동작용(Actuation), 형상기억(Shape memory), 기계적 댐핑(Mechanical damping)에 쓰이는 마이크로/나노장비에 대한 활용도가 증가하면서 나노스케일에서의 연구의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 특히 Ni-Ti 합금의 다결정구조(polycrystalline)에서의 상변화 특성은 거의 연구가 되지 않고 있다. 다결정구조에 대한 연구가 더욱 중요한 이유는 실제로 쓰이는 Ni-Ti 합금이 다결정구조로 되어있기 때문이다. 이 다결정 구조에 쓰이는 원자의 개수는 기본적으로 수 만개에서 수 십 만개의 원자시스템으로서 전산모사 시뮬레이션을 하게 된다. 하지만 일반적으로 전산모사 시뮬레이션에 사용되는 제일원리(First principles)같은 경우에는 계산 값이 비싸서 5000개 이상 원자시스템의 시뮬레이션 계산은 현실적으로 불가능하다. 따라서 이 연구를 위해서는 분자동역학(Molecular dynamics) 방법의 이용이 필수적이다. 제일원리와 분자동역학 계산에 대한 차이점을 간단히 설명하자면, 제일원리계산은 시스템의 원자주위 전자의 분포를 확률적으로 계산하고 시스템의 원자와 주위전자들을 전부 고려하여 계산하는 반면에 분자동역학 방법은 경험포텐셜(Empirical potential)을 통하여 전자가 원자에 대해 미치는 영향을 알 수가 있기 때문에 시스템의 원자만으로 시뮬레이션 계산을 한다. 정확도로 보자면 제일원리 계산이 더욱 유리 할 수 있지만 분자동역학 방법은 제일원리 계산보다 속도 면에서 훨씬 유리한 해석방법이다. 따라서 분자동역학 방법에서는 물질특성에 대한 정확한 예측을 할 수 있는 경험포텐셜이 아주 중요한 문제이다. 하지만 현재까지 개발된 Ni-Ti 합금의 경험포텐셜은 다결정구조를 위한 해석에 앞서서 단결정구조 해석에 있어서도 조차 정확한 예측이 불가능 하다. 따라서 본 논문은 Ni-Ti 합금의 상변화 특성을 위한 포텐셜 개발을 목적으로 하며, Ni-Ti 합금이 가지는 B2와 B19’의 두 가지 구조에 관한 파라미터 피팅을 실시하였다. 또한 개발된 포텐셜을 바탕으로 elastic constant, transferability, stability등을 확인하여 Ni-Ti의 상변화 예측에 대한 가능성을 확인한다.
Nitinol is a Ni-Ti binary alloy and one of the most widely used shape memory alloys. The shape memory effects of Nitinol come from the underlying phase transformation induced by stress and/or temperature, but there are still on-going debates as to what the stable phases are for a given thermodynamic...
Nitinol is a Ni-Ti binary alloy and one of the most widely used shape memory alloys. The shape memory effects of Nitinol come from the underlying phase transformation induced by stress and/or temperature, but there are still on-going debates as to what the stable phases are for a given thermodynamics condition. Several phases have been proposed so far from both experiments and calculations, and structural stability is attracting attention. Moreover, when it comes to polycrystalline materials, things become even more complicated, and only limited computational approaches are allowed to explore the physics of polycrystalline materials. Molecular Dynamics is one of the viable solutions in that it is capable of predicting microstructures of large-scale systems. Nevertheless, interatomic potentials are of great concern as most interatomic potentials available have limited reproducibility, not even thinking about transferability. Therefore, in this paper, we will improve qualified potentials for Ni-Ti binary alloy using two ways fitting method, and check transferability and stability for phase transformations of Ni-Ti binary systems.
Nitinol is a Ni-Ti binary alloy and one of the most widely used shape memory alloys. The shape memory effects of Nitinol come from the underlying phase transformation induced by stress and/or temperature, but there are still on-going debates as to what the stable phases are for a given thermodynamics condition. Several phases have been proposed so far from both experiments and calculations, and structural stability is attracting attention. Moreover, when it comes to polycrystalline materials, things become even more complicated, and only limited computational approaches are allowed to explore the physics of polycrystalline materials. Molecular Dynamics is one of the viable solutions in that it is capable of predicting microstructures of large-scale systems. Nevertheless, interatomic potentials are of great concern as most interatomic potentials available have limited reproducibility, not even thinking about transferability. Therefore, in this paper, we will improve qualified potentials for Ni-Ti binary alloy using two ways fitting method, and check transferability and stability for phase transformations of Ni-Ti binary systems.
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