Optimisation des propriétés et de la microstructure

Dec 10, 2023

Des chercheurs japonais synthétisent des masses supraconductrices ternaires à partir de sources liquides qui démontrent des performances améliorées pour des applications à grande échelle

Institut de technologie de Shibaura

image : Les nouveaux supraconducteurs vont révolutionner les applications domestiques et industriellesVoir plus

Crédit : Muralidhar Miryala du SIT, Japon

Les supraconducteurs trouvent de plus en plus d'applications dans plusieurs domaines, tels que les techniques d'imagerie médicale, les systèmes d'administration de médicaments, les systèmes de stockage d'énergie, les processus de lévitation et les méthodes de purification de l'eau. Cela peut être attribué à leur capacité impressionnante de résistance nulle, qui assure le passage d'une grande quantité de courant à travers eux, ce qui les rend aptes à révolutionner la transmission et le transport d'énergie.

Les supraconducteurs magnétiques sont généralement synthétisés par la «technique de croissance par fusion par ensemencement supérieur» (TSMG). Ce procédé présente cependant certains inconvénients, tels qu'une énorme perte de matériau source liquide pendant la production. Cela entraîne des modifications de la composition du matériau, des fissures dans la matrice du matériau formé, des défauts mécaniques et même une faible conductivité thermique. Comme alternative, le procédé de croissance par infiltration, qui consiste à empiler des pastilles de phase secondaire sur une pastille de phase liquide, a été développé pour une meilleure efficacité dans la production et les applications. Plusieurs compositions d'une phase liquide ont été utilisées pour fabriquer de tels supraconducteurs massifs. Cependant, les grands matériaux de terres rares (RE) en vrac à grain unique, tels que le RE-123, sont encore difficiles à synthétiser en utilisant le processus de croissance par infiltration.

Maintenant, cependant, des chercheurs japonais se concentrent sur l'utilisation d'éléments lourds tels que le gadolinium (Gd), l'yttrium (Y) et l'erbium (Er), pour synthétiser des supraconducteurs en vrac et ternaires à grain unique, avec une composition de stock liquide et une technique de croissance par infiltration. Ils analysent également de près la microstructure et les propriétés (supraconductrices et électromagnétiques) du matériau supraconducteur formé (Gd, Y, Er)-123. Leurs découvertes révèlent une amélioration considérable des performances de ces masses ternaires, par rapport aux matériaux actuellement disponibles sur le marché. L'étude a été dirigée par le professeur Miryala Muralidhar du Shibaura Institute of Technology et a été mise en ligne dans le Journal of Alloys and Compounds.

Tout d'abord, les chercheurs ont évalué les performances de plusieurs matières premières de source liquide pour développer une masse de grain unique (Gd, Y, Er) -123. Après avoir vérifié que Er123 et Ba3Cu5O8 dans un rapport de 1:1 étaient les meilleurs matériaux de base en phase liquide, ils ont procédé à l'ajout d'autres composants d'éléments primaires, en utilisant leurs poudres d'oxyde respectives comme matériau de départ.

Lors de l'évaluation du flux de courant à des températures critiques, le supraconducteur résultant s'est avéré permettre le flux de la densité de courant la plus élevée à travers lui, qui était 81,09% plus élevée que les matériaux précédemment disponibles dans cette catégorie. L'analyse microstructurale par microscopie électronique à balayage a révélé une réduction significative de la taille des particules de la phase secondaire, avec une réduction moyenne des particules de 43,13 %, par rapport au Ba3Cu5O8 conventionnel.

Discutant de ces résultats, le professeur Miryala a déclaré : "Les résultats sont tout simplement impressionnants. Le fait que nous ayons pu fabriquer ces supraconducteurs en vrac dans l'air, en utilisant une méthode rentable, rend cette approche très attrayante pour les industriels à grande échelle. production."

De plus, Er123+ Ba3Cu5O8 a également produit la densité de courant critique (Jc) la plus élevée de 81,91 kA/cm2 en champ propre et de 28,29 kA/cm2 à 1 T pour la source liquide du système ternaire (Gd, Y, Er)-123.

La densité de courant grandement améliorée dans le matériau nouvellement synthétisé est l'aspect le plus remarquable de cette recherche et a un énorme potentiel pour les applications des supraconducteurs magnétiques. "Ces améliorations ont le potentiel de révolutionner les applications réelles telles que la lévitation magnétique, les roulements supraconducteurs, les moteurs électriques, l'administration magnétique de médicaments (MDD) et les systèmes d'énergie par volant d'inertie", déclare le professeur Miryala.

Avec des propriétés aussi exceptionnelles, les matériaux supraconducteurs tels que ceux-ci peuvent grandement améliorer et influencer les systèmes de transmission et de transport d'énergie dans un avenir proche. Ils peuvent également transformer de multiples industries et jouer un rôle déterminant dans la lutte contre le changement climatique, tout en soutenant les objectifs de développement durable (ODD) des Nations Unies.

En résumé, cette nouvelle approche de synthèse des supraconducteurs massifs a clairement ouvert la porte à la production de masse de supraconducteurs à hautes performances et est considérée comme une percée passionnante pour un large éventail d'applications.

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Référence

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

À propos de Shibaura Institute of Technology (SIT), Japon

Shibaura Institute of Technology (SIT) est une université privée avec des campus à Tokyo et Saitama. Depuis la création de son prédécesseur, l'École supérieure d'industrie et de commerce de Tokyo, en 1927, elle a maintenu «l'apprentissage par la pratique» comme philosophie dans la formation des ingénieurs. SIT était la seule université privée de sciences et d'ingénierie sélectionnée pour le projet Top Global University parrainé par le ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie et recevra le soutien du ministère pendant 10 ans à compter de l'année universitaire 2014. Sa devise, « Nourrir les ingénieurs qui apprennent de la société et contribuent à la société », reflète sa mission d'encourager les scientifiques et les ingénieurs qui peuvent contribuer à la croissance durable du monde en exposant leurs plus de 8 000 étudiants à des environnements culturellement divers, où ils apprennent à faire face , collaborer et établir des relations avec d'autres étudiants du monde entier.

Site Web : https://www.shibaura-it.ac.jp/en/

À propos du professeur Muralidhar Miryala du SIT, Japon

Le Dr Muralidhar Miryala est professeur au College of Engineering/Graduate School of Science and Engineering et membre du conseil d'administration du Shibaura Institute of Technology (SIT). Il est également président de l'OB au World Technology University Network (WTUN). Ses principaux intérêts de recherche comprennent la physique du solide et la science des matériaux, en particulier les matériaux pour l'énergie et l'environnement, tels que les supraconducteurs à haute température. Il a plus de 500 publications à son actif et est également récipiendaire de plusieurs prix pour ses contributions à la recherche, dont le prestigieux prix Pravasi Bharatiya Samman 2021 du président de l'Inde et le prix SIT Excellent Education (2021) du président du conseil d'administration de Directeurs.

Informations sur le financement Ce travail a été en partie soutenu par le centre de recherche pour l'innovation verte du Shibaura Institute of Technology (SIT). Akash Garg Agarwal reconnaît le soutien du SIT pour avoir fourni un soutien financier au programme de doctorat.

Journal des alliages et des composés

10.1016/j.jallcom.2023.170506

Étude expérimentale

N'est pas applicable

Exploration des effets de la source liquide sur les propriétés supraconductrices et la microstructure dans le volume ternaire (Gd, Y, Er)-123 par le processus de croissance par infiltration

20-mai-2023

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont pas d'intérêts financiers concurrents ou de relations personnelles qui auraient pu sembler influencer le travail rapporté dans cet article.

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