A Buffalói Egyetem (UB) kutatócsoportja kifejlesztette a világ legerősebb nagy teljesítményű, magas hőmérsékletű szupravezető (HTS) vezetékét. Ez az innovatív vezeték, amely olyan erős áramokat képes vezetni, amelyeket általában csak sokkal vastagabb vezetékekkel lehet, döntő szerepet játszhat energetikai jövőnkben.
Az Amit Goyal és csapata által kifejlesztett huzal -268 és -196 Celsius-fok közötti hőmérsékleten használható. Ezek a hőmérsékleti tartományok még mindig rendkívül hidegek, de melegebbek, mint az abszolút nulla pont, ahol a hagyományos szupravezetők működnek. Ez a szinte ellenállás nélküli áramvezetési képesség forradalmasíthatja az elektromos hálózatot, és számos területen javíthatja a hatékonyságot.
Áttörés a szupravezető technológiában?
A kutatócsoport két fejlett technológiát kombinált: az ionnyalábos leválasztást (IBAD) és a nano-oszlopos hibatechnológiát. Az IBAD technológia egy strukturált réteget hoz létre, amely a szupravezető anyag alapjául szolgál. A nanopilláris hibákat egyidejű fázisszétválasztással és feszültségvezérelt önszerveződéssel hozzák létre, és lehetővé teszik a megnövelt vezetőképességet.
A kutatók impulzuslézeres lerakási rendszert használtak a HTS-film előállításához ritkaföldfém-bárium-réz-oxid (REBCO) huzalon. Ez a módszer lehetővé teszi az anyagtulajdonságok pontos szabályozását és a szupravezető huzal hatékony előállítását.
Kiemelkedő teljesítmény extrém körülmények között
Az újonnan kifejlesztett HTS-kábel rekordot jelentő kritikus áramsűrűséget és pinging-erőt ér el minden mágneses mező és hőmérséklet esetén 5 Kelvintől 77 Kelvinig (- 268,15 °C-tól – 196,15 °C-ig). – 268,95 °C-on a vezeték 190 millió amper/négyzetcentiméter áramot képes vezetni külső mágneses tér nélkül. 7 Tesla mágneses térrel az áramáramlás 90 millió amper/négyzetcentiméter.
-253,15 °C-os hőmérsékleten, ami a kereskedelmi fúziós reaktorok célértéke, a huzal mágneses tér nélkül 150 millió amper/négyzetcentiméter áramot, 7 Tesla mellett pedig 60 millió amper/négyzetcentiméter áramot biztosít. Ez a teljesítmény különösen figyelemre méltó, mivel a HTS-film mindössze 0,2 mikrométer vastag, mégis képes olyan áramot vezetni, amelyet általában csak sokkal vastagabb huzalok érnek el. „Ezek az eredmények azt mutatják, hogy még mindig lehetséges a jelentős teljesítményjavulás, és ezzel együtt az ehhez kapcsolódó költségcsökkentés, amely az optimalizált kereskedelmi HTS-huzalokban megvalósítható” – mondja Goyal.
Hogyan készült a huzal?
A HTS huzalszegmens előállításához egy speciális technikát, az ionnyalábos leválasztást (IBAD) alkalmazták magnézium-oxid szubsztrátokon, nanotechnológiát alkalmazva. Ez a technika lehetővé teszi, hogy a szupravezetőbe apró, nem vezető vagy szigetelő oszlopokat építsenek be. Ezek az apró hibák segítenek jobban szabályozni és növelni a szupravezető áramokat. „A magas kritikus áramsűrűséget a ritkaföldfém-adalékolásból származó pining-hatások, az oxigénpontos hibák és a szigetelő bárium-cirkonát nano-oszlopok és azok morfológiájának kombinációja tette lehetővé” – mondja Goyal.
