På vej til det praktiske, billige superledere med uudforskede materialer

Superlederes unikke egenskab med nul modstand kan revolutionere kraftoverførsel og -transport. Imidlertid, de fleste konventionelle superledere kræver afkøling til ekstremt lave temperaturer, som kun kan opnås med flydende helium, en dyr kølervæske. Materialeforskere undersøger nu højtemperatur-superledere (HTS'er), der kan køles til en superledende tilstand ved at bruge det væsentligt billigere flydende nitrogen, som har en bemærkelsesværdig højere temperatur end flydende helium.

I øjeblikket, et potentielt HTS-materiale til en sådan udforskning er (RE)Ba ₂ Cu ₃ O _y , RE-123, hvor RE står for sjældne jordarters grundstoffer såsom yttrium (Y), gadolinium (Gd), erbium (Er), neodym (Nd), eller europium (Eu). Disse materialer i den enkeltkrystallinske form er i stand til at overvinde fysiske begrænsninger, der svækker superledningsevnen, derved åbner dørene til en række forskellige tekniske applikationer.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Journal of Alloys and Compounds , et team af forskere fra Shibaura Institute of Technology, Japan, ledet af prof. Muralidhar Miryala, en pioner inden for HTS-området, udviklet enkeltkrystallinske bulksuperledere, der kan fange magnetiske felter i dem på en måde, der ligner ferromagneter (jern, nikkel, kobolt) bevarer magnetfeltet. "Det fangede felt er en af ​​de mest relevante parametre i mange praktiske anvendelser af bulk RE-123 og er relateret til bulkdiameteren, " forklarer prof. Miryala.

Blandt de mange tilgængelige teknikker til fremstilling af bulk RE-123, holdet gik efter en infiltreret vækst (IG) teknik, hvori fast (RE)BaCuO ₅ (RE-211) reagerer med en Ba-Cu-O flydende fase for at danne den superledende RE-123. Prof. Miryala forklarer motivationen bag deres tilgang:"IG teknik producerer RE-123 bulks uden homogenitet, kan udføres i luften, og opskaleret til industrielt niveau. I øvrigt, det giver en grobund for at udforske ternære RE-elementsystemer, som ikke er blevet undersøgt indtil nu."

For nylig, holdet undersøgte det ternære (Gd _0,33 Y _0,33-x Eh _0,33+x )-123 bulk system, optimering af dets sammensætning ved at indstille forholdet mellem Y og Er i 211-forløberen (specifikt, x =0, 0,05, 0,1, 0,15, og 0,2). Holdet karakteriserede de superledende faser i prøverne ved hjælp af røntgendiffraktion og målte det fangede felt og superledende overgangstemperatur (T _c ). Endelig, de udførte mikrostrukturelle og kemiske analyser ved hjælp af felt-emission scanning elektronmikroskop (FESEM) og energi-dispersiv røntgen spektroskopi (EDX).

XRD beviste den enkeltkrystallinske natur af RE-123 bulks, med T _c værdier i området (91,5-92) K, som var væsentligt over kogepunktet for flydende nitrogen (77K), og det højeste fangede felt på 0,53 tesla blev observeret i (Gd _0,33 Y _0,13 Eh _0,53 (x=0,2). FESEM og EDX identificeret fint spredt (Gd, Y, Er) -211 partikler i alle prøver, med en Er-rig bundfaldsfordeling for x=0,2, prøven, som også viste den bedste superledende ydeevne.

"Resultaterne i vores undersøgelse giver en idé om, hvordan man implementerer en lavprisproduktion af højtydende (Gd, Y, Er) BCO bulks til virkelige applikationer såsom magnetisk levitation, superledende leje, energilagring af svinghjul, MR scanning, roterende motorer, medicinafgivelse og vandrensning, " siger prof. Miryala.