Ottimizzazione delle proprietà e della microstruttura

Dec 10, 2023

Ricercatori giapponesi sintetizzano masse superconduttrici ternarie da fonti liquide che dimostrano prestazioni migliorate per applicazioni su larga scala

Istituto di tecnologia Shibaura

immagine: Nuovi superconduttori destinati a rivoluzionare le applicazioni domestiche e industrialivedere di più

Credito: Muralidhar Miryala di SIT, Giappone

I superconduttori trovano sempre più applicazioni in diversi settori, come le tecniche di imaging medico, i sistemi di somministrazione di farmaci, i sistemi di accumulo di energia, i processi di levitazione e i metodi di purificazione dell’acqua. Ciò può essere attribuito alla loro impressionante capacità di resistenza pari a zero, che garantisce il passaggio di un'elevata quantità di corrente attraverso di essi, rendendoli adatti a rivoluzionare la trasmissione e il trasporto di potenza.

I superconduttori magnetici sono comunemente sintetizzati mediante la "tecnica di crescita della fusione top-seed" (TSMG). Questo processo, tuttavia, presenta alcuni inconvenienti, come un'enorme perdita di materiale di partenza liquido durante la produzione. Ciò si traduce in modifiche nella composizione del materiale, crepe nella matrice del materiale formato, difetti meccanici e persino una bassa conduttività termica. In alternativa, è stato sviluppato il processo di crescita per infiltrazione, che prevede l'impilamento dei pellet della fase secondaria su un pellet della fase liquida, per una migliore efficienza nella produzione e nelle applicazioni. Per fabbricare tali superconduttori in massa sono state utilizzate diverse composizioni di una fase liquida. Tuttavia, i materiali di terre rare (RE) di grandi dimensioni, a grano singolo e sfusi, come RE-123, sono ancora difficili da sintetizzare utilizzando il processo di crescita per infiltrazione.

Ora, tuttavia, i ricercatori giapponesi si concentrano sull’uso di elementi pesanti come gadolinio (Gd), ittrio (Y) ed erbio (Er), per sintetizzare superconduttori sfusi e ternari a singolo grano, con composizione di stock liquido e tecnica di crescita per infiltrazione. Inoltre analizzano attentamente la microstruttura e le proprietà (superconduttrici ed elettromagnetiche) del materiale superconduttore formato (Gd, Y, Er)-123. I loro risultati rivelano un enorme miglioramento delle prestazioni di questi materiali ternari, rispetto ai materiali attualmente disponibili sul mercato. Lo studio è stato condotto dalla professoressa Miryala Muralidhar dello Shibaura Institute of Technology ed è stato reso disponibile online sul Journal of Alloys and Compounds.

Innanzitutto, i ricercatori hanno valutato le prestazioni di materiali di partenza provenienti da più fonti liquide per far crescere una massa di singolo grano (Gd, Y, Er) -123. Dopo aver accertato che Er123 e Ba3Cu5O8 in un rapporto 1:1 erano il miglior materiale base in fase liquida, hanno proceduto con l'aggiunta di altri componenti dell'elemento primario, utilizzando le rispettive polveri di ossido come materiale di partenza.

Valutando il flusso di corrente a temperature critiche, si è scoperto che il superconduttore risultante consente il flusso della massima densità di corrente attraverso di esso, che era superiore dell'81,09% rispetto ai materiali precedentemente disponibili in questa categoria. L'analisi microstrutturale con microscopia elettronica a scansione ha rivelato una riduzione significativa della dimensione delle particelle della fase secondaria, con una riduzione media delle particelle del 43,13%, rispetto al convenzionale Ba3Cu5O8.

Discutendo questi risultati, il Prof. Miryala afferma: "I risultati sono a dir poco impressionanti. Il fatto che siamo stati in grado di fabbricare questi superconduttori sfusi nell'aria, utilizzando un metodo economicamente vantaggioso, rende questo approccio molto attraente per l'industria su larga scala". produzione."

Inoltre, Er123+ Ba3Cu5O8 ha prodotto anche la più alta densità di corrente critica (Jc) di 81,91 kA/cm2 in campo autonomo e 28,29 kA/cm2 a 1 T per la sorgente liquida del sistema ternario (Gd, Y, Er)-123.

La densità di corrente notevolmente migliorata nel materiale appena sintetizzato è l'aspetto più notevole di questa ricerca e ha un enorme potenziale per le applicazioni dei superconduttori magnetici. "Questi miglioramenti hanno il potenziale per rivoluzionare le applicazioni della vita reale come la levitazione magnetica, i cuscinetti superconduttori, i motori elettrici, la somministrazione di farmaci magnetici (MDD) e i sistemi energetici a volano", afferma il prof. Miryala.