Magnesiumdiborid är ett lovande supraledande material med olika användningsområden (se fig. till vänster). Att hitta prisvärda sätt att producera förbättrade versioner av det är viktigt. Ultraljudsbehandling av magnesiumdiborid med bor är billig och skalbar och kommer att producera nanometerstora korn (se fig. till höger). Kredit:Shibaura Institute of Technology
Superledning har redan en mängd praktiska tillämpningar, såsom medicinsk bildbehandling och svävande transporter som de ständigt populära maglev-systemen. Dock, för att säkerställa att fördelarna med applicerade supraledare fortsätter att spridas vidare till andra tekniska områden, vi måste hitta sätt att inte bara förbättra deras prestanda, men också göra dem mer tillgängliga och enklare att tillverka.
I detta avseende magnesiumdiborid (MgB 2 ) har uppmärksammats av forskare sedan upptäckten som en supraledare med flera fördelar. Det är en lätt, lätt bearbetbart material tillverkat av mycket rikliga prekursorer; dessa egenskaper kombinerade, avsevärt sänka den totala kostnaden för att arbeta med MgB 2 .
Dock, en viktig praktisk egenskap hos en supraledare är dess kritiska strömtäthet (J c )—den maximala strömtätheten vid vilken den kan arbeta utan att avleda energi som konventionella ledare gör. Ökar J c av MgB 2 med överkomliga medel har visat sig vara en anmärkningsvärd utmaning, vilket vanligtvis hanteras genom materialteknik och genom att optimera tillverkningsprocedurer och förhållanden.
I en färsk studie som godkänts för publicering i Materialvetenskap och teknik:B , ett team av forskare från Shibaura Institute of Technology, Japan, har utvecklat en kostnadseffektiv teknik för att stärka J c av bulk MgB 2 :ultraljudsbehandling. Deras tillvägagångssätt innebär att lösa billigt kommersiellt bor i hexan och använda ultraljud för att dispergera det lösta ämnet grundligt. När hexan har avdunstat och avlägsnats, man får ett mycket fint borpulver, som sedan sintras med magnesium för att producera MgB 2 . Men varför ger användning av finare bor bättre supraledande egenskaper?
Svaret är magnetisk flödesstiftning. Även om supraledare i allmänhet stöter bort externa magnetfält, vissa kvantiserade mängder magnetiskt flöde penetrerar ibland materialet under rätt förhållanden, producerar den starka kraft som är ansvarig för supraledande levitation. Denna penetrering sker endast i fästcentra, som härrör från olika typer av defekter i materialet; i fallet med MgB 2 , stiftningscentrumen är belägna vid korngränserna. Professor Muralidhar Miryala, som ledde studien, förklarar:"För att uttrycka det kort, det raffinerade borpulvret som erhålls via ultraljud resulterar i en högre täthet av korngränser genom att minska den totala kornstorleken. I tur och ordning, ökningen i korngränser är lika med en ökning av flödesstiftningscentra, som är ansvariga för den högre J c vi observerade i våra prover."
Forskarnas syntesförfarande producerade högkvalitativt bulk-MgB 2 mestadels fri från oxiderande föroreningar. Jämfört med ett icke-ultraljudsprov som används som referens, den J c värden ökade med så mycket som 20 %, beroende på vilken ultraljudsbehandlingstid som används. Dessutom, resultaten av svepelektronmikroskopi och energidispersiv röntgenspektroskopi avslöjade en sekundär mekanism som kunde ge upphov till förstärkt J c . Teamet noterade en skiktad struktur av vad som verkar vara Mg-B-O som täcker väggarna av porer med borbrist. Denna skiktade beläggningsstruktur kan inte bara fungera som ett fästcentrum i sig, men har också en återhållande effekt på kornstorleken.
Exalterad över det övergripande resultatet, Miryala anmärker:"Vår studie lägger en grund för att förverkliga prisvärda högpresterande bulk MgB 2 för supraledande magneter. Detta kommer att bidra till att minska kostnaderna för magnetbaserad teknik och göra dem mer tillgängliga för den allmänna befolkningen, speciellt inom det medicinska området." Även om ytterligare studier kommer att behövas för att hitta de optimala lösningsmedels- och ultraljudsparametrarna, de nuvarande resultaten är verkligen lovande och skulle kunna främja användningen av MgB 2 supraledande magneter i andra områden, inklusive rymdapplikationer, vattenrening, och elmotorer. Förhoppningsvis, och får tillräckligt med tid, vi kommer alla att dra nytta av tillgängliga supraledare på ett eller annat sätt!
