Il diboruro di magnesio è un promettente materiale superconduttore con varie applicazioni (vedi fig. a sinistra). Trovare modi convenienti per produrre versioni migliorate è essenziale. L'ultrasonicazione del diboruro di magnesio utilizzando il boro è economica e scalabile e produrrà grani di dimensioni nanometriche (vedi figura a destra). Credito:Shibaura Institute of Technology
La superconduttività ha già una varietà di applicazioni pratiche, come l'imaging medico e il trasporto levitante come i sempre più diffusi sistemi a levitazione magnetica. Però, per garantire che i vantaggi dei superconduttori applicati continuino a diffondersi ulteriormente in altri campi tecnologici, dobbiamo trovare modi non solo per migliorare le loro prestazioni, ma anche rendendoli più accessibili e più semplici da fabbricare.
A questo proposito, diboruro di magnesio (MgB 2 ) ha attirato l'attenzione dei ricercatori sin dalla sua scoperta come superconduttore con molteplici vantaggi. È un peso leggero, materiale facilmente lavorabile costituito da precursori ampiamente abbondanti; queste qualità unite, ridurre notevolmente il costo complessivo del lavoro con MgB 2 .
Però, una proprietà pratica chiave di un superconduttore è la sua densità di corrente critica (J C ) - la massima densità di corrente alla quale può funzionare senza dissipare energia come fanno i conduttori convenzionali. Aumentando il J C di MgB 2 attraverso mezzi a prezzi accessibili si è rivelata una sfida notevole, che di solito viene affrontato attraverso l'ingegneria dei materiali e l'ottimizzazione delle procedure e delle condizioni di fabbricazione.
In un recente studio accettato per la pubblicazione in Scienza e ingegneria dei materiali:B , un team di scienziati dello Shibaura Institute of Technology, Giappone, ha sviluppato una tecnica conveniente per aumentare il J C di MgB . sfuso 2 :ultrasuoni. Il loro approccio prevede la dissoluzione del boro commerciale a basso costo nell'esano e l'uso degli ultrasuoni per disperdere completamente il soluto. Una volta che l'esano è evaporato e rimosso, si ottiene una polvere di boro finissima, che viene poi sinterizzato con magnesio per produrre MgB 2 . Ma perché l'uso di boro più fine si traduce in migliori proprietà superconduttive?
La risposta è il pinning del flusso magnetico. Sebbene i superconduttori generalmente respingano i campi magnetici esterni, alcune quantità quantizzate di flusso magnetico a volte penetrano nel materiale nelle giuste condizioni, producendo la forza forte responsabile della levitazione superconduttiva. Questa penetrazione si verifica solo nei centri di pinning, che derivano da vari tipi di difetti del materiale; nel caso di MgB 2 , i centri di pinning si trovano ai bordi del grano. Professor Muralidhar Miryala, che ha condotto lo studio, spiega:"Per dirla in breve, la polvere di boro raffinata ottenuta tramite ultrasuoni si traduce in una maggiore densità dei bordi dei grani riducendo la dimensione complessiva dei grani. A sua volta, l'incremento dei bordi di grano equivale ad un aumento dei centri di pinning del flusso, che sono responsabili del J . superiore C abbiamo osservato nei nostri campioni."
La procedura di sintesi degli scienziati ha prodotto MgB . sfuso di alta qualità 2 per lo più privi di impurità di ossidazione. Rispetto a un campione non ultrasonico utilizzato come riferimento, il J C valori aumentati fino al 20%, a seconda del tempo di ultrasuoni utilizzato. Inoltre, i risultati della microscopia elettronica a scansione e della spettroscopia a raggi X a dispersione di energia hanno rivelato un meccanismo secondario che potrebbe dare origine a J potenziato C . Il team ha notato una struttura a strati di quello che sembra essere Mg-B-O che riveste le pareti dei pori delle carenze di boro. Questa struttura di rivestimento a strati può non solo fungere da centro di fissaggio stesso, ma hanno anche un effetto restrittivo sulla granulometria.
Entusiasta dei risultati complessivi, Miryala osserva:"Il nostro studio pone le basi per la realizzazione di MgB sfuso ad alte prestazioni a prezzi accessibili 2 per magneti superconduttori. Ciò contribuirà a ridurre il costo delle tecnologie basate su magneti e a renderle più accessibili alla popolazione generale, soprattutto in campo medico." Anche se saranno necessari ulteriori studi per trovare i parametri ottimali di solvente e ultrasuoni, i risultati attuali sono certamente promettenti e potrebbero promuovere l'uso di MgB 2 magneti superconduttori in altre aree, comprese le applicazioni spaziali, pulizia dell'acqua, e motori elettrici. Auspicabilmente, e dato abbastanza tempo, trarremo tutti vantaggio dai superconduttori accessibili in un modo o nell'altro!
