Optimización de las propiedades y microestructura

Dec 10, 2023

Investigadores de Japón sintetizan masas superconductoras ternarias a partir de fuentes líquidas que demuestran un rendimiento mejorado para aplicaciones a gran escala

Instituto de Tecnología de Shibaura

imagen: Nuevos superconductores listos para revolucionar las aplicaciones domésticas e industrialesver más

Crédito: Muralidhar Miryala de SIT, Japón

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.

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Referencia

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.170506

Acerca del Instituto de Tecnología Shibaura (SIT), Japón

El Instituto de Tecnología Shibaura (SIT) es una universidad privada con campus en Tokio y Saitama. Desde el establecimiento de su predecesora, la Escuela Superior de Industria y Comercio de Tokio, en 1927, ha mantenido el "aprendizaje a través de la práctica" como su filosofía en la educación de ingenieros. SIT fue la única universidad privada de ciencias e ingeniería seleccionada para el Proyecto Top Global University patrocinado por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología y recibirá apoyo del ministerio por 10 años a partir del año académico 2014. Su lema, "Ingenieros en formación que aprenden de la sociedad y contribuyen a la sociedad", refleja su misión de fomentar científicos e ingenieros que puedan contribuir al crecimiento sostenible del mundo al exponer a sus más de 8000 estudiantes a entornos culturalmente diversos, donde aprenden a sobrellevar la situación. , colaborar y relacionarse con compañeros de estudios de todo el mundo.

Sitio web: https://www.shibaura-it.ac.jp/en/

Acerca del profesor Muralidhar Miryala de SIT, Japón

El Dr. Muralidhar Miryala es profesor en la Facultad de Ingeniería/Escuela de Graduados en Ciencias e Ingeniería y miembro de la Junta de Consejeros del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT). También es presidente, OB en World Technology University Network (WTUN). Sus principales intereses de investigación comprenden la física del estado sólido y la ciencia de los materiales, en particular los materiales para la energía y el medio ambiente, como los superconductores de alta temperatura. Tiene más de 500 publicaciones en su haber y también ha recibido varios premios por sus contribuciones a la investigación, incluido el prestigioso premio Pravasi Bharatiya Samman 2021 del presidente de la India y el premio SIT Excellent Education (2021) del presidente de la Junta de Directores.

Información de financiación Este trabajo fue apoyado en parte por el Centro de Investigación para la Innovación Verde del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT). Akash Garg Agarwal agradece el apoyo de SIT por brindar apoyo financiero para el programa de doctorado.

Revista de Aleaciones y Compuestos

10.1016/j.jallcom.2023.170506

Estudio experimental

No aplica

Exploración de los efectos de la fuente líquida en las propiedades superconductoras y la microestructura en masa ternaria (Gd, Y, Er)-123 mediante el proceso de crecimiento de infiltración

20-may-2023

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia ni relaciones personales que pudieran parecer que influyeron en el trabajo informado en este documento.

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