La densità di corrente critica di campo basso e alto del bulk MgB2 i superconduttori possono essere migliorati combinando una temperatura di lavorazione ottimale e un'aggiunta controllata (1Wt%) di Dy2 O3 e precursore del boro amorfo di dimensioni nanometriche, trova un nuovo studio condotto da ricercatori del SIT, in Giappone. Credito:Muralidhar Miryala da SIT, Giappone
I superconduttori, materiali meravigliosi la cui resistenza scende a zero al di sotto di una temperatura critica, mostrano molte promesse per soddisfare la crescente domanda di energia della popolazione globale. Con potenziali applicazioni nella risonanza magnetica, nella risonanza magnetica nucleare, nella somministrazione di farmaci magnetici, nei limitatori di corrente di guasto, nei trasporti (treni Maglev) e nei cavi, c'è molta motivazione per scoprire e sviluppare superconduttori ad alta temperatura.
A questo proposito, il diboruro di magnesio (MgB2 ), un superconduttore ad alta temperatura, ha ricevuto molta attenzione grazie al suo basso costo, alla sua leggerezza e alla sua facile fabbricabilità. Si presuppone che MgB2 ha il potenziale per sostituire i superconduttori convenzionali a base di niobio nelle applicazioni di ingegneria pratica. Tuttavia, MgB in blocco2 soffre dell'annoso problema di un'insufficiente densità di corrente critica (la densità di corrente al di sopra della quale non è più superconduttore) ad alti campi magnetici. Questo, a sua volta, limita notevolmente le sue applicazioni su larga scala.
Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno provato ad aggiungere elementi esterni in quantità controllate, un processo noto come "doping", durante la sintesi del MgB sfuso2 , con scarso successo. Come afferma il Prof. Muralidhar Miryala dello Shibaura Institute of Technology (SIT), Giappone, "Finora i ricercatori hanno cercato di migliorare la densità di corrente critica del MgB sfuso2 drogando con carburo di silicio, altre fonti di carbonio, argento, metalli di transizione ecc. Tuttavia, ulteriore miglioramento della densità di corrente critica di MgB2 è fondamentale per diverse applicazioni industriali."
Tuttavia, non tutte le speranze sono perse. Il team del Prof. Miryala è riuscito a dimostrare che la sinterizzazione MgB2 a circa 800°C per 3 ore in un ambiente argon può portare a prestazioni superconduttive superiori. Ciò era legato alla formazione di una microstruttura ottimale in tali condizioni di elaborazione, che si è rivelata svolgere un ruolo importante nella superconduttività del MgB2 .
In un recente studio pubblicato per la prima volta il 7 luglio 2022 in Materiali di ingegneria avanzata , il team del Prof. Miryala ha fatto un'altra svolta. Hanno scoperto che combinando condizioni di sinterizzazione ottimali con l'aggiunta controllata di boro amorfo di dimensioni nanometriche e ossido di disprosio (Dy2 O3 ) ha migliorato la densità di corrente critica ad alto campo (Jc ) di MgB2 così come il suo campo personale. Lo studio ha incluso il Prof. M.S. Ramachandra Rao dell'Indian Institute of Technology Madras (IITM), India, che ha fornito supporto per il programma Global Project Based Learning (gPBL) presso IITM, e ha contribuito K. Kitamoto, A. Sai Srikanth e M. Masato di SIT, D .Dhruba di IITM.
Cosa c'era di straordinario in Dy2 O3 come drogante era che non aveva quasi alcun effetto sulla temperatura di transizione superconduttiva di MgB2 (che è rimasto stabile intorno a 38 K).
Inoltre, Dy2 O3 l'aggiunta ha portato alla formazione di DyB4 nanoparticelle, migliorando ulteriormente il blocco del flusso a MgB2 confini del grano nano. Inoltre, l'uso del precursore del nano boro ha contribuito a creare MgB2 grani nano con eccezionale pinning del flusso di confine del grano. Di conseguenza, è stata raggiunta una densità di corrente critica superiore.
Utilizzando il nanoboro amorfo come ingrediente di partenza, il team ha quantificato la quantità precisa di Dy2 O3 che doveva essere aggiunto per migliorare significativamente Jc in blocco MgB2 superconduttori. Analizzando la struttura e la composizione con tecniche come la diffrazione dei raggi X e la spettroscopia Raman, e le proprietà superconduttive del MgB drogato in massa 2 , hanno trovato il Dy2 ideale O3 l'intervallo di doping deve essere 0,5-1,5%.
Con questi risultati, il team è entusiasta delle prospettive future di MgB2 . "Questi risultati dimostrano il potenziale di Dy2 O3 doping insieme ai precursori del nanoboro nella realizzazione di MgB sfuso2 per applicazioni pratiche di superconduzione", afferma il Prof. Miryala. "La nostra ricerca si aggiunge alla letteratura esistente sui modi per migliorare Jc e potrebbe aprire la strada a superconduttori di massa reali, che sono un faro per le tecnologie sostenibili." + Esplora ulteriormente
