Holder omkostningerne ved superledende magneter nede ved hjælp af ultralyd

Superledning har allerede en række praktiske anvendelser, såsom medicinsk billeddannelse og svævende transport som de altid populære maglevsystemer. Imidlertid, at sikre, at fordelene ved anvendte superledere bliver ved med at sprede sig yderligere til andre teknologiske områder, vi er nødt til at finde måder ikke blot at forbedre deres præstationer, men også gøre dem mere tilgængelige og enklere at fremstille.

I denne henseende magnesiumdiborid (MgB ₂ ) har tiltrukket forskernes opmærksomhed siden dens opdagelse som en superleder med flere fordele. Det er en let, let bearbejdeligt materiale fremstillet af udbredte forstadier; disse kvaliteter kombineret, reducere de samlede omkostninger ved at arbejde med MgB betydeligt ₂ .

Imidlertid, en vigtig praktisk egenskab ved en superleder er dens kritiske strømtæthed (J _c ) - den maksimale strømtæthed, hvormed den kan fungere uden at aflede energi som konventionelle ledere gør. Forøgelse af J _c af MgB ₂ gennem overkommelige midler har vist sig at være en bemærkelsesværdig udfordring, som normalt tackles gennem materialeteknik og ved at optimere fremstillingsprocedurer og betingelser.

I en nylig undersøgelse accepteret til offentliggørelse i Materialevidenskab og teknik:B , et team af forskere fra Shibaura Institute of Technology, Japan, har udviklet en omkostningseffektiv teknik til at booste J _c af bulk MgB ₂ :ultralydsbehandling. Deres fremgangsmåde indebærer opløsning af billigt kommercielt bor i hexan og brug af ultralyd til at sprede det opløste stof grundigt. Når hexan er fordampet og fjernet, man opnår et meget fint borpulver, som derefter sintres med magnesium for at producere MgB ₂ . Men hvorfor resulterer brug af finere bor i bedre superledende egenskaber?

Svaret er magnetisk fluxpinning. Selvom superledere generelt afviser eksterne magnetiske felter, nogle kvantiserede mængder magnetisk flux trænger undertiden ind i materialet under de rigtige forhold, producerer den stærke kraft, der er ansvarlig for superledende levitation. Denne penetration forekommer kun i fastgørelsescentre, som skyldes forskellige former for defekter i materialet; i tilfælde af MgB ₂ , fastgørelsescentrene er placeret ved korngrænserne. Professor Muralidhar Miryala, der ledede undersøgelsen, forklarer:"For at sige det kort, det raffinerede borpulver opnået via ultralydsbehandling resulterer i en højere tæthed af korngrænser ved at reducere den samlede kornstørrelse. På tur, stigningen i korngrænser svarer til en stigning i flux -fastgørelsescentre, som er ansvarlige for de højere J _c vi observerede i vores prøver. "

Forskernes synteseprocedure producerede bulk-MgB af høj kvalitet ₂ for det meste fri for oxidations urenheder. Sammenlignet med en ikke-ultralydsprøve, der bruges som reference, den J. _c værdier steg med så meget som 20%, afhængigt af den anvendte ultralydstid. I øvrigt, resultaterne af scanningselektronmikroskopi og energidispersive røntgenspektroskopi-analyser afslørede en sekundær mekanisme, der kunne give anledning til forbedret J _c . Teamet bemærkede en lagdelt struktur af det, der ser ud til at være Mg-B-O, der belægger væggene i porer med bormangel. Denne lagdelte belægningsstruktur kan ikke kun fungere som et klemmecenter selv, men har også en begrænsende effekt på kornstørrelsen.

Spændt på de samlede resultater, Miryala bemærker:"Vores undersøgelse lægger et fundament mod realisering af overkommelige højtydende bulk-MgB ₂ til superledende magneter. Dette vil bidrage til at reducere omkostningerne ved magnetbaserede teknologier og gøre dem mere tilgængelige for den brede befolkning, især på det medicinske område. "Selvom der vil være behov for yderligere undersøgelser for at finde de optimale opløsningsmiddel- og ultralydsparametre, de foreliggende fund er bestemt lovende og kan fremme brugen af ​​MgB ₂ superledende magneter i andre områder, herunder rumapplikationer, vandrensning, og elektriske motorer. Forhåbentlig, og givet nok tid, vi vil alle drage fordel af tilgængelige superledere på en eller anden måde!