Fysikere udvikler ultratynd superledende film

Eksperimentelle fysikere i forskningsgruppen ledet af professor Uwe Hartmann ved Saarland University har udviklet et tyndt nanomateriale med superledende egenskaber. Under omkring -200 ° C leder disse materialer elektricitet uden tab, svæve magneter og kan afskærme magnetfelter. Det særligt interessante ved dette arbejde er, at det er lykkedes for forskerholdet at skabe superledende nanotråde, der kan væves til en ultratynd film, der er lige så fleksibel som husholdningsfilm. Som resultat, nye belægninger til applikationer lige fra rumfart til medicinsk teknologi er ved at blive mulige. Volkswagen Foundation støttede forskningen, da den er indledende; arbejdet modtager i øjeblikket støtte fra German Research Foundation (DFG)

Forskerholdet vil udstille deres superledende film på Hannover Messe fra den 24. april til den 28. april (Hal 2, Stand B46) og søger kommercielle og industrielle partnere, med hvem de kan udvikle deres system til praktiske anvendelser.

Forskningsarbejdet er en samarbejdsindsats, der involverer teamet ledet af professor Uwe Hartmann ved Saarland University og professor Volker Presser fra Leibniz Institute for New Materials (INM), der også har formand for energimaterialer ved Saarland Universitet. Resultaterne er blevet offentliggjort i en række videnskabelige tidsskrifter.

Et team af eksperimentelle fysikere ved Saarland Universitet har udviklet noget, der - det må siges - virker temmelig umærkeligt ved første øjekast. Det ligner ikke andet end et forkullet sort stykke papir. Men udseende kan bedrage. Dette beskedne objekt er en superleder. Udtrykket 'superleder' er givet til et materiale, der (normalt ved meget lave temperaturer) har nul elektrisk modstand og derfor kan lede en elektrisk strøm uden tab. Kort sagt, elektronerne i materialet kan strømme ubegrænset gennem det kolde immobiliserede atomgitter. I fravær af elektrisk modstand, hvis en magnet bringes tæt på en kold superleder, magneten 'ser' effektivt et spejlbillede af sig selv i det superledende materiale. Så hvis en superleder og en magnet placeres tæt på hinanden og afkøles med flydende nitrogen, vil de frastøde hinanden, og magneten svæver over superlederen. Udtrykket 'levitation' kommer fra det latinske ord levitas, der betyder lethed. Det er lidt som en lavtemperaturversion af hoverboardet fra filmene 'Tilbage til fremtiden'. Hvis temperaturen er for høj, imidlertid, gnidningsfri glidning kommer bare ikke til at ske.

Mange af de almindelige superledende materialer, der er tilgængelige i dag, er stive, sprød og tæt, hvilket gør dem tunge. Det er nu lykkedes for Saarbrücken-fysikerne at pakke superledende egenskaber ind i en tynd fleksibel film. Materialet er i det væsentlige et vævet stof af plastfibre og højtemperatur superledende nanotråde. 'Det gør materialet meget bøjeligt og tilpasningsbart - som plastfolie (eller' plastfolie 'som det også kaldes). Teoretisk set materialet kan laves i enhver størrelse. Og vi har brug for færre ressourcer end normalt kræves for at lave superledende keramik, så vores superledende mesh er også billigere at fremstille, 'forklarer Uwe Hartmann, Professor i nanostrukturforskning og nanoteknologi ved Saarland Universitet.

Filmens lave vægt er særlig fordelagtig. 'Med en tæthed på kun 0,05 gram pr. Kubikcentimeter, materialet er meget let, vejer omkring hundrede gange mindre end en konventionel superleder. Dette gør materialet meget lovende til alle de applikationer, hvor vægt er et problem, såsom inden for rumteknologi. Der er også potentielle anvendelser inden for medicinsk teknologi, 'forklarer Hartmann. Materialet kan bruges som en ny belægning til at tilvejebringe lavtemperatur screening fra elektromagnetiske felter, eller det kan bruges i fleksible kabler eller for at lette friktionsfri bevægelse.

For at kunne væve dette nye materiale, de eksperimentelle fysikere brugte en teknik kendt som elektrospinning, som normalt bruges til fremstilling af polymere fibre. »Vi tvinger et flydende materiale gennem en meget fin dyse, kendt som en spindedyse, som er påført en høj elektrisk spænding. Dette producerer nanotrådsfibre, der er tusind gange tyndere end diameteren på et menneskehår, typisk omkring 300 nanometer eller mindre. Vi opvarmer derefter fibernettet, så der skabes superledere af den rigtige sammensætning. Selve det superledende materiale er typisk et yttrium-barium-kobberoxid eller lignende forbindelse, ' forklarer Dr. Michael Koblischka, en af ​​forskerne i Hartmanns gruppe.