Оптимизация свойств и микроструктуры

Dec 10, 2023

Исследователи из Японии синтезируют тройные сверхпроводящие массы из жидких источников, которые демонстрируют улучшенные характеристики для крупномасштабных приложений.

Технологический институт Шибауры

Изображение: Новые сверхпроводники произведут революцию в бытовых и промышленных приложенияхпосмотреть больше

Фото: Муралидхар Мирьяла из SIT, Япония.

Сверхпроводники все чаще находят применение в нескольких областях, таких как методы медицинской визуализации, системы доставки лекарств, системы хранения энергии, процессы левитации и методы очистки воды. Это можно объяснить их впечатляющей способностью иметь нулевое сопротивление, что обеспечивает прохождение через них большого тока, что делает их пригодными для революции в передаче и транспортировке энергии.

Магнитные сверхпроводники обычно синтезируются с помощью «метода роста расплава с верхней затравкой» (TSMG). Однако этот процесс имеет определенные недостатки, такие как огромные потери исходного жидкого материала во время производства. Это приводит к изменению состава материала, трещинам в матрице формируемого материала, механическим недостаткам и даже низкой теплопроводности. В качестве альтернативы для повышения эффективности производства и применения был разработан процесс инфильтрационного выращивания, который включает укладку гранул вторичной фазы на гранулы жидкой фазы. Для изготовления таких объемных сверхпроводников использовались несколько составов жидкой фазы. Однако крупные однозернистые объемные редкоземельные материалы (RE), такие как RE-123, по-прежнему трудно синтезировать с использованием процесса инфильтрационного выращивания.

Однако теперь исследователи из Японии сосредоточились на использовании тяжелых элементов, таких как гадолиний (Gd), иттрий (Y) и эрбий (Er), для синтеза однозернистых объемных и тройных сверхпроводников с использованием жидкого исходного состава и техники инфильтрационного выращивания. Они также внимательно анализируют микроструктуру и свойства (сверхпроводящие и электромагнитные) образовавшегося сверхпроводящего материала (Gd, Y, Er)-123. Их результаты показывают значительное улучшение характеристик этих тройных материалов по сравнению с материалами, доступными в настоящее время на рынке. Исследование проводилось под руководством профессора Мирьялы Муралидхар из Технологического института Шибауры и было опубликовано в Интернете в Журнале сплавов и соединений.

Во-первых, исследователи оценили эффективность исходных материалов из нескольких жидких источников для выращивания одного зерна (Gd, Y, Er)-123. Убедившись, что Er123 и Ba3Cu5O8 в соотношении 1:1 являются лучшим исходным материалом в жидкой фазе, они приступили к добавлению других компонентов первичных элементов, используя соответствующие порошки оксидов в качестве исходного материала.

При оценке тока при критических температурах было обнаружено, что полученный сверхпроводник пропускает через него ток самой высокой плотности, которая на 81,09% выше, чем у ранее доступных материалов этой категории. Микроструктурный анализ с помощью сканирующей электронной микроскопии выявил значительное уменьшение размера частиц вторичной фазы, в среднем на 43,13%, по сравнению с обычным Ba3Cu5O8.

Обсуждая эти результаты, профессор Мирьяла говорит: «Результаты просто впечатляют. Тот факт, что мы смогли изготовить эти объемные сверхпроводники на воздухе, используя экономически эффективный метод, делает этот подход очень привлекательным для крупномасштабных промышленных предприятий. производство."

Кроме того, Er123+ Ba3Cu5O8 также дал самую высокую критическую плотность тока (Jc) 81,91 кА/см2 в собственном поле и 28,29 кА/см2 при 1 Тл для жидкого источника тройной системы (Gd, Y, Er)-123.

Значительно увеличенная плотность тока в недавно синтезированном материале является наиболее примечательным аспектом этого исследования и имеет огромный потенциал для применения магнитных сверхпроводников. «Эти улучшения могут произвести революцию в реальных приложениях, таких как магнитная левитация, сверхпроводящие подшипники, электродвигатели, магнитная доставка лекарств (MDD) и энергетические системы с маховиком», — говорит профессор Мирьяла.