آمریکا رکورد جهانی بالاترین عملکرد سیم ابررسانای دما بالا را ثبت کرد
تیمی از پژوهشگران به رهبری آمیت گوئال، پروفسور برجسته در بخش مهندسی شیمی و بیولوژیکی دانشگاه بوفالو، سیم ابررسانای دما بالایی با بالاترین عملکرد جهانی را توسعه داده‌اند.
این سیم در دماهای -۴۵۱ تا -۳۲۱ درجه فارنهایت (-۲۶۸ تا -۱۹۶ درجه سلسیوس)، که هنوز هم بسیار سرد اما بیشتر از دماهای صفر مطلق است که سایر مواد ابررسانا در آن کار می‌کنند، عمل می‌کند.
سیم‌های HTS می‌توانند جزء حیاتی از آینده انرژی ما باشند زیرا تکنولوژی می‌تواند انتقال برق بدون مقاومت را ممکن کند. اما کاربردهای آنها فراتر از انتقال برق بدون اتلاف تا دو برابر کردن خروجی توان از مزارع بادی دریایی، ساخت سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی ابررسانای مغناطیسی و دیگر زیرساخت‌های انرژی نیز می‌باشد.
در زمان‌های اخیر، سیم‌های HTS همچنین کاربردهایی در راکتورهای همجوشی هسته‌ای و تکنیک‌های تصویربرداری و طیف‌سنجی نسل بعدی پیدا کرده‌اند. با اینکه سیم‌های HTS مزیت دماهای عملیاتی نسبتاً گرم‌تر را ارائه می‌دهند، همچنان ساخت آنها هزینه‌بر است.
در اینجا جایی است که پژوهشگران دانشگاه بوفالو پیشرفت عمده‌ای داشته‌اند.
سیم HTS چگونه ساخته شد؟
در سطح جهانی، شرکت‌های درگیر در ساخت سیم‌های HTS از تکنولوژی‌های زیرلایه‌های بافتی دو محوری (RABiTS)، فناوری LMOe-ناگین پرتو یون کمک‌شده (IBAD) MgO، یا فناوری نقص‌های نانوساختاری در فواصل نانومتری استفاده می‌کنند. جالب است بدانید که تمامی این تکنولوژی‌ها توسط پژوهشگران UB تحت رهبری گوئال توسعه داده شده‌اند.
در رویکرد اخیر خود، پژوهشگران فناوری IBAD را با فناوری نقص‌های نانوساختاری ترکیب کردند. روش اخیر از تفکیک فازی همزمان و خودآرایی ناشی از فشار استفاده می‌کند که به مواد عایق یا ابررسانا اجازه می‌دهد که به ابررسانا اضافه شوند. نقص‌های نانوساختاری معرفی‌شده به این شکل گرداب‌های ابررسانا ایجاد می‌کنند که جریان‌های ابرجاری بالاتر را ممکن می‌سازند.
پژوهشگران از یک سیستم پیشرفته ته‌نشینی لیزر پالس برای ساخت فیلم HTS بر روی سیم اکسید مس باریم نادر استفاده کردند.
گوئال در یک بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد: «ما همچنین میکروسکوپی با وضوح اتمی با استفاده از پیشرفته‌ترین میکروسکوپ‌ها در مرکز میکروسکوپی الکترونی کانادایی در دانشگاه مک‌مستر برای شناسایی نقص‌های نانوساختاری و مقیاس اتمی انجام دادیم و همچنین برخی اندازه‌گیری‌های خواص ابررسانایی را در دانشگاه سالرنو در ایتالیا انجام دادیم.»
عملکرد سیم HTS
با نوآوری اخیر خود، پژوهشگران بالاترین چگالی جریان بحرانی و نیروی پینینگ را برای تمام میدان‌های مغناطیسی و دماها از 5 کلوین تا 77 کلوین (-۴۵۱ تا -۳۲۱ درجه فارنهایت) به دست آوردند.
در 4.2 کلوین، سیم نشان داد که ۱۹۰ میلیون آمپر در هر سانتی‌متر مربع بدون هیچ میدان مغناطیسی خارجی، که به عنوان میدان خود نیز شناخته می‌شود، حامل باشد. با یک میدان مغناطیسی 7 تسلا، جریان حامل ۹۰ میلیون آمپر در هر سانتی‌متر مربع بود.
با افزایش دما به 20 کلوین، دمای استفاده تجاری در راکتورهای همجوشی، سیم‌ها ۱۵۰ میلیون آمپر در هر سانتی‌متر مربع میدان خود و بیش از ۶۰ میلیون آمپر در هر سانتی‌متر مربع در 7 تسلا را حمل کردند.
ویژگی برجسته این دستاورد ضخامت فیلم HTS بود که تنها 0.2 میکرون ضخیم بود اما جریان‌هایی که معمولاً با یک سیم HTS ده برابر ضخیم‌تر بدست می‌آیند را حمل می‌کرد.
در ارتباط با نیروی پینینگ، سیم می‌توانست نیروهایی به میزان ۶.۴ ترانیوتن در هر متر مکعب در دمای 4.2 کلوین و حدود ۴.۲ ترانیوتن در هر متر مکعب در 20 کلوین زمانی که میدان مغناطیسی خارجی 7 تسلا بود، را تحمل کند.
گوئال اضافه کرد: «این نتایج به صنعت کمک می‌کند تا شرایط ته‌نشینی و ساخت خود را بیشتر بهینه کنند تا معیار قیمت-عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود بخشند. به دست آوردن معیار قیمت-عملکرد مطلوب‌تر برای تحقق کامل کاربردهای بزرگ مقیاس متصور از ابررساناها ضروری است.»
یافته‌های پژوهش امروز در Nature Communications منتشر شدند.
