Ingeniører forbedrer ydeevnen for høj temperatur superlederkabler

Florida State University-forskere har opdaget en ny måde at forbedre ydeevnen på elektriske ledninger, der bruges som super-temperatur superledere (HTS), fund, der har potentiale til at drive en ny generation af partikelacceleratorer.

Et billede af Bi-2212, vismutbaserede superledende tråde. (Mark Wallheiser/FAMU-FSU College of Engineering) Forskere brugte scanningelektronmikroskopi i høj opløsning til at forstå, hvordan behandlingsmetoder påvirker korn i vismutbaserede superledende tråde (kendt som Bi-2212). Disse korn danner de underliggende strukturer af høj temperatur superledere, og forskere, der ser Bi-2212-kornene på atomskala, har med succes optimeret deres justering i en proces, der gør materialet mere effektivt til at transportere en superledende strøm, eller superstrøm. Deres arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Superleder videnskab og teknologi.

Forskerne fandt ud af, at de enkelte korn har en lang rektangulær form, med deres længere side pegende langs den samme akse som tråden-en såkaldt tosidig tekstur. De er arrangeret i et cirkulært mønster efter trådens vej, så orientering kun er synlig i meget lille skala. Disse to egenskaber tilsammen giver Bi-2212-kornene en kvasi-biaxial tekstur, hvilket viste sig at være en ideel konfiguration til overstrømsflow.

"Ved at forstå, hvordan man optimerer strukturen af ​​disse korn, vi kan fremstille HTS runde ledninger, der bærer højere strømme på den mest effektive måde, "sagde Abiola Temidayo Oloye, en doktorand ved FAMU-FSU College of Engineering, forsker ved National High Magnetic Field Laboratory (MagLab) og papirets hovedforfatter.

Superledere, i modsætning til konventionelle ledere som kobber, kan transportere elektricitet med perfekt effektivitet, fordi elektroner ikke støder på friktion, mens de rejser i den superledende ledning. Bi-2212 ledninger tilhører en ny generation af højfelt superledere til opbygning af superledende magneter, som er afgørende værktøjer til videnskabelig forskning på laboratorier rundt om i verden, herunder National High Magnetic Field Laboratory, hvor forskerteamet udførte deres eksperimenter.

Højtemperatur-superledere som Bi-2212 kan lede strøm ved meget højere magnetfelter end lavtemperatur-superledere (LTS) og er en vigtig del af designet til endnu mere kraftfulde partikelacceleratorer ved Large Hadron Collider hos European Organization for Nuclear Research (CERN).

"Vi optimerede Bi-2212 runde ledninger til at bære mere strøm, samtidig med at man husker på skalaforskellen mellem laboratoriet og producenten, "Oloye sagde." Den proces, vi udvikler i laboratoriet, skal skalere til produktionsniveauet for at teknologien er kommercielt levedygtig, og vi var i stand til at gøre det i undersøgelsen. "

Tidligere arbejde udført af Fumitake Kametani, lektor i maskinteknik ved FAMU-FSU College of Engineering, MagLab -forsker, og hovedforsker for undersøgelsen, viste betydningen af ​​kvasi-biaksial tekstur i Bi-2212 runde tråde til strømme. Dette papir fortsatte præmissen og demonstrerede de faktorer, der var nødvendige for at opnå optimal kvasi-biaxial tekstur.

"Den anvendte mikrostrukturelle karakterisering er unik i analysen af ​​krystalstrukturen af ​​Bi-2212 runde tråde, "Sagde Kametani." Teknikken bruges normalt til at analysere metaller og legeringer, og vi har tilpasset det til at udvikle nye prøveforberedelsesmetoder for at fremme optimeringen af ​​Bi-2212 HTS-trådteknologier. "

Det store billede er at kunne bruge Bi-2212 runde ledninger i fremtidige højfeltmagnetapplikationer.

"Da det er den eneste højtemperatur superleder, der er tilgængelig i rund trådform, materialet kan lettere erstatte eksisterende teknologier ved hjælp af LTS -ledninger fremstillet af andre materialer, "Oloye sagde." Andre HTS såsom REBCO og Bi-2223 er kun tilgængelige i båndform, som tilføjer et lag af kompleksitet til magnetdesign. "