Blog

Sep 03, 2023

Optimización de las propiedades y la microestructura de los superconductores a granel

6 de junio de 2023 Este artículo

6 de junio de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

comprobado

corregir

por el Instituto de Tecnología de Shibaura

Los superconductores están encontrando cada vez más aplicaciones en varias áreas, como técnicas de imágenes médicas, sistemas de administración de fármacos, sistemas de almacenamiento de energía, procesos de levitación y métodos de purificación de agua. Esto se puede atribuir a su asombrosa capacidad de resistencia cero, lo que garantiza el paso de una gran cantidad de corriente a través de ellos, lo que los hace adecuados para revolucionar la transmisión y el transporte de energía.

Los superconductores magnéticos se sintetizan comúnmente mediante la "técnica de crecimiento de fusión de semilla superior" (TSMG). Sin embargo, este proceso tiene ciertos inconvenientes, como una gran pérdida de material de origen líquido durante la producción. Esto da como resultado cambios en la composición del material, grietas en la matriz del material formado, deficiencias mecánicas e incluso baja conductividad térmica.

Como alternativa, se ha desarrollado el proceso de crecimiento por infiltración, que consiste en apilar gránulos de fase secundaria sobre un gránulo de fase líquida, para una mejor eficiencia en la producción y las aplicaciones. Se han utilizado varias composiciones de una fase líquida para fabricar dichos superconductores a granel. Sin embargo, los materiales de tierras raras (RE) grandes, de un solo grano y a granel, como el RE-123, siguen siendo difíciles de sintetizar mediante el proceso de crecimiento por infiltración.

Ahora, sin embargo, los investigadores de Japón se centran en el uso de elementos pesados ​​como el gadolinio (Gd), el itrio (Y) y el erbio (Er), para sintetizar superconductores ternarios y a granel de un solo grano, con composición de stock líquido y técnica de crecimiento por infiltración. También analizan de cerca la microestructura y las propiedades (superconductoras y electromagnéticas) del material superconductor formado (Gd, Y, Er)-123.

Sus hallazgos revelan una gran mejora en el rendimiento de estos materiales a granel ternarios, en comparación con los materiales actualmente disponibles en el mercado. El estudio fue dirigido por la profesora Miryala Muralidhar del Instituto de Tecnología de Shibaura y estuvo disponible en línea en el Journal of Alloys and Compounds.

En primer lugar, los investigadores evaluaron el rendimiento de múltiples materiales de partida de fuentes líquidas para cultivar un solo grano (Gd, Y, Er)-123 a granel. Después de determinar que Er123 y Ba3Cu5O8 en una proporción de 1:1 eran el mejor material de reserva en fase líquida, procedieron a agregar otros componentes del elemento primario, utilizando sus respectivos polvos de óxido como material de partida.

Al evaluar el flujo de corriente a temperaturas críticas, se encontró que el superconductor resultante permitía el flujo de la mayor densidad de corriente a través de él, que era un 81,09 % más alta que los materiales disponibles anteriormente en esta categoría. El análisis microestructural con microscopía electrónica de barrido reveló una reducción significativa en el tamaño de partícula de la fase secundaria, con una reducción media de partícula del 43,13 %, en comparación con el Ba3Cu5O8 convencional.

Al comentar estos resultados, la profesora Miryala dice: "Los resultados son impresionantes. El hecho de que pudiéramos fabricar estos superconductores a granel en el aire, utilizando un método rentable, hace que este enfoque sea muy atractivo para la industria a gran escala". producción."

Además, Er123+ Ba3Cu5O8 también produjo la densidad de corriente crítica (Jc) más alta de 81,91 kA/cm2 en campo propio y 28,29 kA/cm2 a 1 T para la fuente de líquido del sistema ternario (Gd, Y, Er)-123.

La densidad de corriente muy mejorada en el material recién sintetizado es el aspecto más notable de esta investigación y tiene un enorme potencial para aplicaciones de superconductores magnéticos. "Estas mejoras tienen el potencial de revolucionar las aplicaciones de la vida real, como la levitación magnética, los cojinetes superconductores, los motores eléctricos, la administración magnética de fármacos (MDD) y los sistemas de energía del volante", dice el profesor Miryala.

Con propiedades tan excepcionales, los materiales superconductores como estos pueden mejorar e influir en gran medida en los sistemas de transmisión y transporte de energía en un futuro próximo. También pueden transformar múltiples industrias y convertirse en instrumentos para combatir el cambio climático, al mismo tiempo que apoyan los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas.

En resumen, este nuevo enfoque para sintetizar superconductores a granel ha abierto claramente la puerta a la producción en masa de superconductores de alto rendimiento y se considera un gran avance para una amplia gama de aplicaciones.

Más información: Akash Garg Agarwal et al, Exploración de los efectos de la fuente líquida sobre las propiedades superconductoras y la microestructura en masa ternaria (Gd, Y, Er)-123 mediante el proceso de crecimiento por infiltración, Journal of Alloys and Compounds (2023). DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.170506

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Shibaura