När det gäller supraledning är hållbarheten och effektiviteten hos material som REBCO-tejper (Rare Earth Barium Copper Oxide) avgörande för användning inom olika högteknologiska områden. Dessa material står dock inför utmaningar, särskilt när det gäller att bibehålla sina supraledande egenskaper under stress.
En nyligen genomförd studie fördjupar sig i det invecklade förhållandet mellan mekanisk påkänning och de supraledande egenskaperna hos REBCO-band, och erbjuder nya insikter som kan bana väg för mer robusta och pålitliga supraledande material.
Kärnan i denna studie är att undersöka kantsprickor som orsakas av skärningsprocessen i REBCO-tejper när de utsätts för dragpåkänning. Dessa band, kända för sin höga kritiska strömkapacitet, är väsentliga i många supraledande tillämpningar, från medicinsk bildutrustning till partikelacceleratorer. Det ansågs allmänt att även mindre kantsprickor kunde fortplanta sig och orsaka för tidig nedbrytning av REBCO-tejper när de utsätts för påfrestningar, vilket väckte farhågor om livslängden och tillförlitligheten hos dessa material i praktiska tillämpningar.
Forskargruppen, ledd av forskare från Tsinghua University, University of Houston och den kinesiska vetenskapsakademin, som använder avancerade mikroskopiska och beräkningstekniker, analyserade noggrant hur dessa kantsprickor påverkar bandens förmåga att bära superström utan motstånd.
Teamet undersökte kommersiella REBCO-tejper tillverkade genom olika processer och fann att när spänningsintensitetsfaktorn vid sprickspetsen är under ett visst tröskelvärde (KIC =2,3 MPa√m), sprider sig inte kantsprickor, vilket drar slutsatsen att dessa sprickor inte kommer att orsaka för tidigt nedbrytning.
En av de viktigaste resultaten från forskningen är en modell som använder multipla kantsprickegenskaper för att utvärdera stressintensitetsfaktorer. Denna modell är särskilt värdefull för tillverkare, eftersom den antyder att genom att kontrollera dessa faktorer kan det vara möjligt att förbättra motståndskraften hos REBCO-band mot mekanisk påfrestning.
Forskningen är publicerad i Superconductivity journal.
Implikationerna av denna studie sträcker sig utanför laboratoriets gränser. I verkliga tillämpningar, där supraledande band ofta måste utstå olika former av stress och påfrestningar, blir det avgörande att förstå effekterna av fysiska ofullkomligheter. Den här forskningen belyser inte bara kantsprickbeteendet hos REBCO-tejper utan ger också vägledning för skärningsprocessen och öppnar nya vägar för att skapa mer hållbara och effektiva supraledande material, och tänjer på gränserna för vad som är möjligt i en värld av supraledning.
Mer information: Zhirong Yang et al, Effekt av kantsprickor på kritisk strömnedbrytning i REBCO-band under dragpåkänning, Superledning (2022). DOI:10.1016/j.supcon.2022.100007
Tillhandahålls av Shanghai Jiao Tong University Journal Center
