[ad_1]
Los polvos se convierten en sólidos densos mediante el proceso de sinterización por plasma de chispa (SPS), que combina alta presión y corriente eléctrica pulsada. En un estudio reciente, un grupo de científicos utilizó SPS para producir diboruro de magnesio a granel con una densidad superior al 95 % del límite teórico del material.
Una imagen SEM de MgB2, un superconductor preparado en SIT, en el que se mapean diferentes regiones. Leyenda: Científicos del SIT y la Universidad de Normandía desarrollaron MgB a granel2 con superconductividad prometedora. Esta imagen muestra óxido de magnesio y boro sin reaccionar en la matriz de MgB.2, y el recuadro muestra curvas de espectroscopia de rayos X de dispersión de energía para boro, oxígeno y magnesio. Créditos fotográficos: Muralidhar Miryala de SIT, Japón y Prof. Jacques G. Noudem de la ONU, Francia
El material de alta densidad no solo exhibe propiedades superconductoras excepcionales, sino que también muestra un potencial significativo para su uso en motores, generadores y sistemas de transporte superconductores. Los superconductores están transformando muchas áreas de la industria, desde trenes de levitación magnética ultrarrápidos y chips de computadora hasta máquinas de resonancia magnética y aceleradores de partículas.
Por debajo de cierto punto crítico, la superconductividad de un material permite la transferencia de cargas móviles sin resistencia alguna, lo que sugiere que los materiales superconductores pueden transportar energía eléctrica de manera muy eficiente sin pérdida en forma de calor.
Diboruro de magnesio, a menudo conocido como MgB2se utilizó por primera vez en la investigación hace unas dos décadas.
Debido a su bajo costo, propiedades superconductoras superiores, alta densidad de corriente crítica y campos magnéticos atrapados resultantes de la fuerte fijación de los vórtices, MgB2 ha experimentado un resurgimiento en popularidad.
Las propiedades del MgB intermetálico2 también se puede modificar. Por ejemplo, al reducir el tamaño de grano y aumentar el número de límites de grano, los valores críticos de densidad de corriente (JC) de MgB2 Puede ser mejorado. Esta adaptabilidad no se ve en los superconductores en capas ordinarios.
El proceso de fabricación de MgB2 necesita ser simplificado para expandir sus usos. Un grupo de investigadores se embarcó recientemente en una misión para lograr este objetivo utilizando una técnica llamada sinterización por plasma de chispa (SPS) para crear nuevo MgB a granel.2.
Su estudio fue publicado por primera vez en la revista nanomateriales el 27 de julioel2022.
La sinterización por plasma de chispa (SPS) es una técnica muy interesante: es un método de consolidación rápida que transforma el polvo en un sólido denso. La fuente de calor en este proceso no es externa, sino una corriente eléctrica que fluye a través de la matriz y hace que el polvo se sinterice en un material a granel.
Muralidhar Miryala, investigador principal y profesor, Instituto de Tecnología de Shibaura
La profesora Miryala agregó: “La cinética de sinterización se puede comprender y controlar mejor con SPS. A diferencia de otras técnicas similares, permite controlar el crecimiento del grano. Además, ¡tiene un tiempo de respuesta más corto!”
Esta técnica única fue utilizada por los profesores Miryala y Jacques G. Noudem (de la Universidad de Normandía en Francia) para producir grandes muestras de MgB.2. La densidad del producto final alcanzó el 95 % de la densidad esperada teóricamente del material y mostró propiedades superconductoras excepcionales.
Prof. Pierre Bernstein y Yiteng Xing, un doctorado de doble titulación. Candidato a la SIT ya la Universidad de Normandía, fueron miembros del equipo de estudio.
Los investigadores llenaron un molde de carburo de tungsteno (WC) con dos polvos, magnesio y boro amorfo, y los sinterizaron con SPS a diferentes temperaturas y presiones que oscilaron entre 500 y 750 °C y entre 260 y 300 megapascales (MPa) antes de enfriar el material moldeado.
Se dedicó un total de aproximadamente 100 minutos a procesar los datos. Luego, los investigadores utilizaron una variedad de técnicas de prueba e imágenes para determinar la densidad y las propiedades estructurales del material preparado.
Sus investigaciones demostraron que el material tiene un factor de empaquetamiento alto del 95% y una densidad muy alta de 2,46 g/cm3 (lo que significa que los átomos en el material a granel estaban muy juntos). También fueron visibles nanogranos y un número significativo de límites de grano.
Además, no mostró ninguna fase con agotamiento de Mg como MgB4. El material tenía una J excepcionalmente altaC desde hasta 6,75 105 amperios/cm2 a unos -253 °C, según caracterización electromagnética. Esto implica que el MgB a granel del equipo2 funcionaría como un superconductor incluso con esta alta densidad de corriente.
El profesor Miryala comentó: “Su Jc fue bastante notable para MgB puro sin dopar.2.”
Los investigadores siguieron buscando para aprender cómo el material podría tener propiedades tan buenas. Llegaron a la conclusión de que la alta densidad, la excelente conectividad de los granos, la ausencia de fases agotadas en Mg y la fuerte fijación de vórtices habilitada por la presencia de nanogranos y límites de granos fueron factores en el MgB producido.2las propiedades superconductoras de
Esta investigación ofreció una perspectiva única para mejorar las propiedades de los materiales superconductores como el MgB.2. Este material se puede utilizar en tecnología refrigerada por hidrógeno líquido debido a su alta JC. También está emergiendo como un fuerte competidor para los sistemas de transporte, almacenamiento y combustible basados en hidrógeno líquido.
«El calentamiento global es una de las mayores amenazas que enfrenta la humanidad hoy en día, y la transición a una economía de energía renovable es una de las soluciones más efectivas para este problema. Dado el uso potencial del material en sistemas de hidrógeno líquido y sus excelentes propiedades estructurales y superconductoras, nuestro trabajo es un paso positivo hacia la realización de una tecnología más respetuosa con el medio ambiente.” concluyó el Prof. Miryala.
¡De hecho, hay esperanza para un futuro más verde y más sostenible!
Referencia de la revista:
Xing, Y. et al. (2022) Alta densidad de corriente crítica de MgB nanoestructurado2 Superconductores a granel densificados por sinterización por chispa de plasma. nanomateriales doi:10.3390/nano12152583.
Fuente: https://www.shibaura-it.ac.jp/en/
[ad_2]