Fabrication of a novel laser-processed NiTi shape memory ...

本 文 网 址 http://occr.christiantimes.org.hk/art_0085.htm第 3 页主 体 形 而 上 学 的 影 响 。 或 者 可 以 这 样 说 , 哈 莉 斯 的 人 观 正 正 就 反 映 了 主 体 形 而上 学 人 观 的 特 色 及 问 题 。( 三 ) 先 验 自 我 与 自 我 同 一 性 ─ 笛 卡 儿 与 康 德 的 主 体 形 而 上 学笛 卡 儿 ( R. Descartes )「 我 思 故 我 在 」( ‘Cogito ergo sum’ ) 的 提 出 , 正 式确 立 了 理 性 主 体 作 为 认 识 活 动 的 「 阿 基 米 德 基 点 」( Archimedian point ), 而这 个 认 识 活 动 基 础 点 之 确 立 实 有 赖 认 识 活 动 当 中 不 断 怀 疑 的 过 程 。 9 理 性 若 要获 得 普 遍 的 知 识 和 真 理 , 便 需 要 从 可 变 的 肉 体 和 感 官 世 界 中 撤 离 出 来 , 认 知 主体 不 断 对 由 肉 体 感 官 经 验 所 获 得 的 知 识 加 以 怀 疑 。 惟 有 从 可 感 变 幻 的 物 质 世 界中 抽 离 出 来 , 才 能 保 证 知 识 的 客 观 性 和 普 遍 性 。 因 此 , 惟 有 非 时 空 性 非 物 质 性的 纯 粹 自 我 思 维 意 识 才 是 连 接 真 理 的 接 触 点 , 10 这 种 认 知 主 体 是 不 具 内 容 的 纯形 式 的 先 验 性 自 我 , 是 一 种 纯 粹 自 我 意 识 的 精 神 实 体 。 胡 塞 尔 ( E. Husserl )认 为 笛 卡 儿 的 哲 学 进 路 , 便 是 沿 着 先 回 归 先 验 性 自 我 , 然 后 再 往 外 在 世 界 推 演的 方 向 前 进 的 。 11 换 言 之 , 那 些 实 证 科 学 的 客 观 领 域 便 是 需 要 依 赖 纯 粹 我 思 活动 主 体 的 自 我 推 演 出 来 。 毫 无 疑 问 , 胡 塞 尔 认 为 笛 卡 儿 将 自 我 界 定 为 不 具 时 空性 物 质 性 的 先 验 自 我 是 绝 对 正 确 的 。 纯 形 式 的 先 验 自 我 先 于 具 内 容 的 经 验 自 我而 存 在 , 由 于 前 者 不 具 任 何 可 感 变 幻 的 内 容 , 所 以 先 验 自 我 一 定 具 有 一 种 相 当稳 定 的 自 我 同 一 性 。在 自 我 同 一 性 的 问 题 上 , 休 谟 ( D. Hume ) 有 不 同 的 看 法 。 他 在 其 《 人 性论 》( A Treatise of Human Nature ) 中 对 先 验 自 我 及 依 其 所 建 构 的 自 我 同 一 性提 出 怀 疑 。 12 在 休 谟 这 种 连 自 我 存 在 也 值 得 怀 疑 的 怀 疑 主 义 冲 击 底 下 , 康 德( I. Kant ) 认 为 自 我 同 一 性 的 问 题 似 乎 不 能 完 全 往 经 验 主 义 处 寻 找 答 案 。 他 综合 了 理 性 主 义 与 经 验 主 义 的 立 场 , 从 先 验 哲 学 的 进 路 去 建 构 他 的 人 观 或 自 我观 。 他 肯 定 自 我 不 是 一 种 经 验 对 象 的 观 念 , 自 我 本 身 不 是 经 验 现 象 , 而 是 构 筑现 象 世 界 的 先 验 主 体 。 康 德 将 先 验 主 体 规 定 为 纯 粹 不 变 的 意 识 , 是 一 个 常 住 不9他 称 这 种 知 识 论 上 的 怀 疑 并 非 最 终 要 建 立 绝 对 怀 疑 主 义 , 它 只 是 一 种 「 方 法 上 的 怀 疑 」(methodical doubt)。10正 如 笛 卡 儿 自 己 所 言 :「 我 就 小 心 地 考 察 我 是 什 么 , 发 现 我 可 以 设 想 我 没 有 身 体 , 可 以 设 想 没有 我 所 在 的 世 界 , 也 没 有 我 所 在 的 地 点 , 但 是 我 不 能 就 此 设 想 我 不 存 在 … 由 此 我 认 识 到 , 我 是一 个 实 体 , 这 个 实 体 的 全 部 本 质 或 本 性 只 是 思 想 , 它 不 需 要 任 何 地 点 以 便 存 在 , 也 不 依 赖 于 任 何物 质 性 的 东 西 。」 笛 卡 儿 ,《 谈 方 法 》,VI。 引 自 《 十 六 — 十 八 世 纪 西 欧 各 国 哲 学 》, 北 京 大 学哲 学 系 外 国 哲 学 史 教 研 室 编 译 , 北 京 : 商 务 印 书 馆 ,1975, 页 148。11胡 塞 尔 写 道 :「 世 界 的 存 在 从 一 开 始 时 就 必 定 是 不 可 接 受 的 。 这 个 沈 思 者 只 是 使 自 己 做 为 他 的我 思 活 动 的 纯 粹 自 我 , 做 为 具 有 绝 对 不 可 怀 疑 的 实 存 , 做 为 某 种 不 能 被 扬 弃 的 东 西 — 某 种 即 使这 个 世 界 不 存 在 , 它 还 会 存 在 的 东 西 。 如 此 , 化 约 之 后 , 自 我 就 进 行 着 一 种 唯 我 论 的 (solipsistic)哲 学 化 活 动 。 他 寻 找 在 逻 辑 上 确 然 的 途 径 , 通 过 这 些 途 径 , 一 种 客 观 的 外 在 性 就 能 够 从 他 自 己 的纯 粹 内 在 性 中 被 推 演 出 来 。」 参 胡 塞 尔 ,《 笛 卡 儿 的 沈 思 》, 张 宪 译 , 台 北 : 桂 冠 ,1992, 页3。12按 照 休 谟 的 意 思 , 产 生 每 一 个 实 在 观 念 的 , 必 然 是 某 一 个 印 象 。 基 于 此 , 如 果 「 自 我 」 作 为 一个 观 念 , 则 肯 定 这 「 自 我 」 观 念 必 然 来 自 印 象 。 又 假 设 自 我 被 要 求 必 然 以 同 一 不 变 的 方 式 存 在 ,即 是 说 任 何 产 生 「 自 我 」 观 念 的 印 象 在 人 一 生 的 过 程 中 必 需 要 保 持 一 种 同 一 性 , 但 休 谟 说 并 没 有任 何 恒 定 而 不 变 的 印 象 , 因 此 , 也 就 没 有 一 个 恒 定 而 不 变 的 自 我 观 念 。 休 谟 所 质 疑 的 是 先 验 自 我在 本 体 论 上 作 为 一 切 知 觉 印 象 的 存 在 基 础 是 不 可 能 的 , 因 而 依 赖 这 种 存 在 基 础 而 出 现 的 自 我 同 一性 也 是 不 可 能 的 。 自 我 同 一 性 只 是 我 们 某 种 渴 求 同 一 稳 定 的 心 理 需 要 而 对 各 种 知 觉 印 象 想 象 或 虚构 出 来 的 性 质 而 已 , 从 彻 底 的 经 验 主 义 出 发 , 根 本 就 没 有 自 我 这 种 形 而 上 的 实 体 存 在 。

Daly et al. 5above the A f temperature. Therefore, the retention ofstress-induced martensite upon unloading of laserprocessedNiTi samples was not unexpected. Furtherinvestigation is required, however, to better understandthe effects of laser processing on microstructure andcorresponding thermomechanical response in retainedbase metal.Figure 5(a) provides the captured data for the thermomechanicalrecoveries of the laser-processed tensilespecimens shown in Figure 4. As predicted by DSCresults, each microgripper component exhibited anindependent recovery at different temperatures. Whilethere was a slight overlap between recoveries of the secondand third thermomechanical responses, the lowertemperature material domain (second microgripper segment)recovered by approximately 90% before activationof the microgripper head. Temperaturescorresponding with the onset of thermomechanicalrecovery (A s ) correlated very well with the phase transformationonset temperatures determined from DSCtesting. The A f temperatures, however, were slightlyhigher than anticipated. This discrepancy can beexplained by thermal sinking to the tensile grips. Acomplete recovery was therefore slightly hindered inportions of the laser-processed samples that were inclose proximity to the gripping point.Thermomechanical Recovery (%)10080604020010080604020(a)(b)A s1A s2A f1Gripper HeadSecond SegmentA f2A s3020 40 60 80 100Temperature ( ◦ C)A f3First SegmentFirstSecondThirdFigure 5. (a) Thermomechanical recovery of eachmicrogripper component and (b) the combined recovery of thelaser-processed NiTi microgripper.As shown in Figure 5(b), the recovery of the laserprocessedNiTi microgripper occurred in three stages.Upon heating to temperatures above A s1 , the specimenunderwent recovery of the first laser-processed positioningsegment. Further heating sequentially activated theremaining embedded thermomechanical behaviors.Actuation of the microgripper head was identified fromthe data set by the change in inflection of the microgripper’sthermomechanical response and comparison tothe individual responses provided in Figure 5(a). Incontrast to its individual response, recovery in the laserprocessedmicrogripper specimen correlated well withDSC results, which was attributed to the processingdimensions of the tensile specimen (Figure 1(a)). Sincethe microgripper head segment was not in direct contactwith the tensile grips during thermomechanical characterization,thermal sinking did not occur.It was initially anticipated that the microgripperhead would account for 50% of the overall thermomechanicalrecovery because of its proportionally largerprocessing dimensions. Since the amount of detwinnedmartensite in NiTi determines the magnitude of shapememory recovery (Miyazaki et al., 1984), and consideringthe different stiffnesses of laser-processed microgrippercomponents, a lessened response from themicrogripper head was understandable. In contrast, thethermomechanical response of the first microgrippersegment represented approximately 45% of the overallmicrogripper recovery, despite being only 25% of itsactive length. Future studies are planned to furtherinvestigate the complex mechanical relationshipsbetween laser-processed material domains.Deployment of the laser-processed microgripperUsing the DSC and thermomechanical recovery resultsas a guideline, a heating profile was designed to sequentiallyactivate each of the three processed microgrippercomponents. Figure 6 provides photographs of each ofthe four positions achieved by heating the laserprocessedmicrogripper along with the measured wiretemperature and electrical resistivity profiles. As anticipated,recorded temperatures did not explicitly matchwith the DSC data because of external loads imposedon the device from fixturing and also from the heatsinkingeffects of the temperature sensor. In order toconfirm sequential phase transformations in the laserprocessedNiTi microgripper, optical observations werecorrelated with in situ resistivity measurements.According to the trends reported by Kakeshita et al.(1998), sudden increases in the bulk resistance ofsolution-treated NiTi are indicative of a martensite toaustenite phase change. While it was expected that theNiTi material would show some increase in resistivitydue to heating, the increase in the magnitude of resistancein the microgripper could not be explained byjoule heating alone. The captured resistivityDownloaded from jim.sagepub.com at UNIV OF WATERLOO on May 7, 2012

6 Journal of Intelligent Material Systems and Structures 0(0)Figure 6. (a–d) Photographs of the laser-processed NiTi microgripper during sequential activation of each embedded shapememory response and (e) collected in situ temperature and resistance measurements.measurements and photographs therefore confirmedthe localized phase changes and sequential activationof embedded thermomechanical domains in the laserprocessedmicrogripper.While this study has demonstrated the enhanced capabilitiesof a simple NiTi microgripper, it is anticipatedthat laser processing can be used to embed added functionalityin the more elaborate microgripper designs currentlyavailable (Kohl et al., 2000; Lee et al., 1996).Furthermore, it is expected that the pseudoelastic responseof the retained base metal can be exploited to deliver areversible thermomechanical recovery. A detailed investigationof the energy storage capabilities of retained pseudoelasticityis therefore planned for future research.ConclusionIn this study, a novel NiTi microgripper capable ofself-positioning was fabricated through the applicationof laser processing with MMM technology. The effectsDownloaded from jim.sagepub.com at UNIV OF WATERLOO on May 7, 2012

Daly et al. 7of laser processing removed the prior training of theas-received alloy and considerably altered its thermomechanicalcharacteristics. Results from DSC testingshowed three independent material domains withunique austenite onset temperatures of 21°C, 48°C, and71°C, respectively. The three material domains werelocally embedded as the active components of a NiTimicrogripper. The two lower temperature domainswere utilized as the self-positioning microgripper segments,while the higher temperature domain actuatedthe microgripper head. Mechanical testing revealedthree separate thermomechanical behaviors in thelaser-processed microgripper which corresponded tothe independent shape memory recoveries of eachembedded material characteristic. Resistive heating ofthe NiTi microgripper permitted a visual confirmationof the sequential thermal activation of each laserprocessedmicrogripper component.AcknowledgementThe authors would like to acknowledge Memry Corporationfor providing the NiTi material used in this study.FundingThis research was funded in part by the Natural Sciences andEngineering Research Council of Canada (www.nserc.ca).ReferencesBianchi G and Sorrentino R (2007) Electronic Filter Simulationand Design. New York: McGraw-Hill.Daly M, Pequegnat A, Khan MI, et al. (2011) Fabrication ofa novel monolithic NiTi based shape memory microgrippervia multiple memory material processing. In: Proceedingsof the ASME conference on smart materials, adaptive structuresand intelligent systems (SMASIS), Phoenix, AZ, 18–21 September 2011.Daly M, Pequegnat A, Zhou Y, et al. (2012) Enhanced thermomechanicalfunctionality of a laser processed hybridNiTi-NiTiCu shape memory alloy. 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