La densité de courant critique de champ faible et élevée du MgB en vrac2 les supraconducteurs peuvent être améliorés par une combinaison de température de traitement optimale et d'ajout contrôlé (1% en poids) de Dy2 O3 et précurseur de bore amorphe de taille nanométrique, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs du SIT, au Japon. Crédit :Muralidhar Miryala du SIT, Japon
Les supraconducteurs - des matériaux merveilleux dont la résistance tombe à zéro en dessous d'une température critique - sont très prometteurs pour répondre à la demande énergétique croissante de la population mondiale. Avec des applications potentielles dans l'imagerie par résonance magnétique, la résonance magnétique nucléaire, l'administration de médicaments magnétiques, les limiteurs de courant de défaut, le transport (trains Maglev) et les câbles, il y a beaucoup de motivation pour découvrir et développer des supraconducteurs à haute température.
À cet égard, le diborure de magnésium (MgB2 ), un supraconducteur à haute température, a reçu beaucoup d'attention en raison de son faible coût, de sa légèreté et de sa facilité de fabrication. Il est postulé que MgB2 a le potentiel de remplacer les supraconducteurs conventionnels à base de niobium dans les applications d'ingénierie pratiques. Cependant, le volume de MgB2 souffre du problème de longue date d'une densité de courant critique insuffisante (la densité de courant au-dessus de laquelle il n'est plus supraconducteur) à des champs magnétiques élevés. Ceci, à son tour, limite considérablement ses applications à grande échelle.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont essayé d'ajouter des éléments externes en quantités contrôlées, un processus connu sous le nom de "dopage", lors de la synthèse de MgB2 en vrac. , avec peu ou pas de succès. Comme l'a déclaré le professeur Muralidhar Miryala de l'Institut de technologie de Shibaura (SIT), au Japon :"Jusqu'à présent, les chercheurs ont essayé d'améliorer la densité de courant critique du MgB en vrac2 par dopage avec du carbure de silicium, d'autres sources de carbone, de l'argent, des métaux de transition, etc. Cependant, une amélioration supplémentaire de la densité de courant critique de MgB2 est crucial pour plusieurs applications industrielles."
Cependant, tout espoir n'est pas perdu. L'équipe du professeur Miryala a réussi à montrer que le frittage du MgB2 à environ 800°C pendant 3 heures dans un environnement d'argon peut conduire à une performance supraconductrice supérieure. Ceci était lié à la formation d'une microstructure optimale dans de telles conditions de traitement, qui s'est révélée jouer un rôle majeur dans la supraconductivité de MgB2 .
Dans une étude récente publiée pour la première fois le 7 juillet 2022 dans Advanced Engineering Materials , l'équipe du professeur Miryala a fait une autre percée. Ils ont découvert que la combinaison de conditions de frittage optimales avec l'ajout contrôlé de bore amorphe de taille nanométrique et d'oxyde de dysprosium (Dy2 O3 ) a amélioré la densité de courant critique à champ élevé (Jc ) de MgB2 ainsi que son champ de soi. L'étude comprenait le professeur M.S. Ramachandra Rao de l'Indian Institute of Technology Madras (IITM), Inde, qui a apporté son soutien au programme global d'apprentissage par projet (gPBL) à l' IITM , et les contributions de K. Kitamoto, A. Sai Srikanth et M. Masato du SIT, D . Dhruba de l'IITM.
Ce qui était remarquable à propos de Dy2 O3 comme dopant était qu'il n'avait presque aucun effet sur la température de transition supraconductrice de MgB2 (qui est resté stable autour de 38 K).
De plus, Dy2 O3 l'addition a conduit à la formation de DyB4 nanoparticules, améliorant encore l'épinglage du flux à MgB2 les nano-joints de grains. De plus, l'utilisation d'un nanoprécurseur de bore a contribué à créer MgB2 nano grains avec un épinglage exceptionnel du flux aux joints de grain. En conséquence, une densité de courant critique supérieure a été obtenue.
En utilisant du nanobore amorphe comme ingrédient de départ, l'équipe a quantifié la quantité précise de Dy2 O3 qui devaient être ajoutés pour améliorer considérablement Jc en masse MgB2 supraconducteurs. En analysant la structure et la composition avec des techniques telles que la diffraction des rayons X et la spectroscopie Raman, ainsi que les propriétés supraconductrices du MgB dopé massif2 , ils ont trouvé le Dy2 idéal O3 la plage de dopage doit être de 0,5 à 1,5 %.
Avec ces résultats, l'équipe est enthousiasmée par les perspectives d'avenir de MgB2 . "Ces résultats démontrent le potentiel de Dy2 O3 dopage aux côtés de précurseurs de nanobore dans la réalisation de MgB en vrac2 pour des applications supraconductrices pratiques », déclare le professeur Miryala. « Notre recherche s'ajoute à la littérature existante sur les moyens d'améliorer Jc et pourrait ouvrir la voie aux supraconducteurs en vrac réels, qui sont un phare pour les technologies durables." + Explorez davantage
