Holder bulk magnesiumdiborid superledende ved højere strømtætheder

Superledere - vidunderlige materialer, hvis modstand falder til nul under en kritisk temperatur - viser meget løfte om at imødekomme den voksende energiefterspørgsel fra den globale befolkning. Med potentielle anvendelser inden for magnetisk resonansbilleddannelse, kernemagnetisk resonans, magnetisk medicinafgivelse, fejlstrømsbegrænsere, transport (Maglev-tog) og kabler, er der meget motivation for at opdage og udvikle højtemperatur-superledere.

I denne henseende magnesiumdiborid (MgB₂ ), en højtemperatur-superleder, har fået meget opmærksomhed på grund af dens lave pris, lette vægt og nemme fremstillingsevne. Det hævdes, at MgB₂ har potentialet til at erstatte konventionelle niobium-baserede superledere i praktiske tekniske applikationer. Dog bulk MgB₂ lider af det langvarige problem med en utilstrækkelig kritisk strømtæthed (den strømtæthed, over hvilken den ikke længere er superledende) ved høje magnetiske felter. Dette begrænser til gengæld i høj grad dets store applikationer.

For at løse dette problem har forskere forsøgt at tilføje eksterne elementer i kontrollerede mængder, en proces kendt som "doping", under syntesen af ​​bulk MgB₂ , med ringe eller ingen succes. Som prof. Muralidhar Miryala fra Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan udtaler:"Hidtil har forskere forsøgt at forbedre den kritiske strømtæthed af bulk MgB₂ ved doping med siliciumcarbid, andre kulstofkilder, sølv, overgangsmetaller etc. Dog yderligere forbedring af den kritiske strømtæthed af MgB₂ er afgørende for flere industrielle anvendelser."

Ikke alt håb er dog ude. Prof. Miryalas team formåede at vise, at sintring af MgB₂ ved omkring 800°C i 3 timer i et argonmiljø kan føre til en overlegen superledende ydeevne. Dette var forbundet med dannelsen af ​​en optimal mikrostruktur ved sådanne behandlingsbetingelser, som viste sig at spille en stor rolle i superledningsevnen af ​​MgB₂ .

I en nylig undersøgelse offentliggjort den 7. juli 2022 i Advanced Engineering Materials , fik Prof. Miryalas team endnu et gennembrud. De fandt, at kombination af optimale sintringsbetingelser med kontrolleret tilsætning af nanometerstørrelse amorft bor og dysprosiumoxid (Dy₂ O₃ ) forbedrede højfelts kritiske strømtæthed (J_c ) af MgB₂ samt dets selvfelt. Undersøgelsen omfattede prof. M.S. Ramachandra Rao fra Indian Institute of Technology Madras (IITM), Indien, som ydede støtte til det globale projektbaserede læringsprogram (gPBL) på IITM og bidrag fra K. Kitamoto, A. Sai Srikanth og M. Masato fra SIT, D Dhruba fra IITM.

Hvad var bemærkelsesværdigt ved Dy₂ O₃ som et dopingmiddel var, at det næsten ikke havde nogen effekt på den superledende overgangstemperatur for MgB₂ (som forblev stabil omkring 38 K).

Derudover Dy₂ O₃ tilføjelse førte til dannelsen af ​​DyB₄ nanopartikler, hvilket øger yderligere fluxfastgørelse ved MgB₂ nanokorngrænser. Yderligere hjalp brugen af ​​nanobor-precursor til at skabe MgB₂ nanokorn med enestående korngrænsefluxpinning. Som et resultat blev der opnået en overlegen kritisk strømtæthed.

Ved at bruge amorft nanobor som startingrediens kvantificerede holdet den præcise mængde Dy₂ O₃ der skulle tilføjes for at forbedre J_c markant i bulk MgB₂ superledere. Ved at analysere strukturen og sammensætningen med teknikker som røntgendiffraktion og Raman-spektroskopi og de superledende egenskaber af dopet bulk MgB₂ , fandt de den ideelle Dy₂ O₃ dopingområdet til at være 0,5-1,5 %.

Med disse resultater er holdet begejstret for fremtidsudsigterne for MgB₂ . "Disse resultater viser potentialet i Dy₂ O₃ doping sammen med nanobor-prækursorer til at realisere bulk MgB₂ til praktiske superledende anvendelser," siger prof. Miryala. "Vores forskning tilføjer den eksisterende litteratur om måder at forbedre J_c på. og kunne bane vejen for virkelige bulksuperledere, som er et fyrtårn for bæredygtige teknologier." + Udforsk yderligere

Ny raffineringsteknik gør billigere superledere til virkelighed