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Sep 03, 2023

Otimizando as propriedades e a microestrutura de supercondutores a granel

6 de junho de 2023 Este artigo

6 de junho de 2023

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pelo Instituto Shibaura de Tecnologia

Os supercondutores estão cada vez mais encontrando aplicações em diversas áreas, como técnicas de imagens médicas, sistemas de administração de medicamentos, sistemas de armazenamento de energia, processos de levitação e métodos de purificação de água. Isso pode ser atribuído à sua capacidade inspiradora de resistência zero, o que garante a passagem de uma grande quantidade de corrente através deles, tornando-os adequados para revolucionar a transmissão e o transporte de energia.

Os supercondutores magnéticos são comumente sintetizados pela "técnica de crescimento de fusão de primeira linha" (TSMG). Este processo, no entanto, tem algumas desvantagens, como uma enorme perda de material de origem líquido durante a produção. Isso resulta em alterações na composição do material, rachaduras na matriz do material formado, deficiências mecânicas e até baixa condutividade térmica.

Como alternativa, o processo de crescimento por infiltração, que envolve o empilhamento de pastilhas de fase secundária sobre uma pastilha de fase líquida, foi desenvolvido para maior eficiência na produção e nas aplicações. Várias composições de uma fase líquida têm sido usadas para fabricar tais supercondutores em massa. No entanto, materiais de terras raras (RE) grandes, de grão único e a granel, como o RE-123, ainda são difíceis de sintetizar usando o processo de crescimento por infiltração.

Agora, no entanto, pesquisadores do Japão se concentram no uso de elementos pesados, como gadolínio (Gd), ítrio (Y) e érbio (Er), para sintetizar supercondutores de grão único e supercondutores ternários, com composição de estoque líquido e técnica de crescimento por infiltração. Eles também analisam de perto a microestrutura e as propriedades (supercondutoras e eletromagnéticas) do material supercondutor formado (Gd, Y, Er)-123.

Suas descobertas revelam uma grande melhoria de desempenho desses bulks ternários, em comparação com os materiais atualmente disponíveis no mercado. O estudo foi conduzido pela professora Miryala Muralidhar, do Shibaura Institute of Technology, e foi disponibilizado online no Journal of Alloys and Compounds.

Primeiro, os pesquisadores avaliaram o desempenho de vários materiais de partida de fonte líquida para crescer um volume de grão único (Gd, Y, Er)-123. Depois de verificar que Er123 e Ba3Cu5O8 na proporção de 1:1 era o melhor material de estoque de fase líquida, eles prosseguiram com a adição de outros componentes de elementos primários, usando seus respectivos pós de óxido como material de partida.

Ao avaliar o fluxo de corrente em temperaturas críticas, o supercondutor resultante permitiu o fluxo de maior densidade de corrente através dele, que foi 81,09% maior do que os materiais anteriormente disponíveis nesta categoria. A análise microestrutural com microscopia eletrônica de varredura revelou uma redução significativa no tamanho de partícula da fase secundária, com redução média de partícula de 43,13%, em comparação com o Ba3Cu5O8 convencional.

Discutindo esses resultados, o Prof. Miryala diz: "Os resultados são nada menos que impressionantes. O fato de termos sido capazes de fabricar esses supercondutores em massa no ar, usando um método econômico, torna essa abordagem altamente atraente para indústrias em larga escala Produção."

Além disso, Er123+ Ba3Cu5O8 também produziu a maior densidade de corrente crítica (Jc) de 81,91 kA/cm2 no autocampo e 28,29 kA/cm2 a 1 T para (Gd, Y, Er)-123 fonte líquida do sistema ternário.

A densidade de corrente bastante aprimorada no material recém-sintetizado é o aspecto mais notável desta pesquisa e tem um enorme potencial para aplicações de supercondutores magnéticos. "Essas melhorias têm o potencial de revolucionar as aplicações da vida real, como levitação magnética, rolamentos supercondutores, motores elétricos, entrega de drogas magnéticas (MDD) e sistemas de energia do volante", diz o Prof. Miryala.