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Los superconductores de alta temperatura, ejemplificados por materiales como el Bi-2223, han luchado durante mucho tiempo con limitaciones como una baja densidad de corriente crítica y una fijación insuficiente del flujo magnético.
Variación de la densidad de corriente crítica de Bi-2223 (un óxido de bismuto-estroncio-calcio-cobre) con grafeno añadido. (Arriba) Esquema que muestra la orientación paralela del grano BSCCO a su plano ab. (Abajo) La tabla muestra que la muestra de superconductor de alta temperatura Bi-2223 con 1,0% en peso de grafeno tiene la densidad de corriente crítica (Jc) más alta. Fuente de la imagen: Muralidhar Miryala de SIT, Japón
Además, su complicado proceso de síntesis planteó desafíos para su desarrollo posterior. En un estudio reciente, un equipo internacional de investigadores demostró que al introducir nanopartículas de grafeno en la mayor parte de Bi-2223 mediante el método de coprecipitación, es posible aumentar la densidad de corriente crítica. Este avance abre nuevas vías para futuras investigaciones y desarrollo en el campo de los superconductores Bi-2223.
Los superconductores son sustancias que ya no presentan resistencia eléctrica cuando se enfrían por debajo de una determinada temperatura crítica. En general, los superconductores tienen una temperatura crítica muy baja, a menudo cercana al cero absoluto. Sin embargo, existe una categoría de superconductores llamados superconductores de alta temperatura (HTS) que tienen una temperatura crítica superior a 77 K, que es el punto de ebullición del nitrógeno líquido.
Los materiales HTS encuentran amplias aplicaciones en diversas industrias para la producción de dispositivos superconductores debido a su capacidad para operar a temperaturas relativamente más altas en comparación con los superconductores tradicionales.
El óxido de bismuto-estroncio-calcio-cobre, comúnmente conocido como BSCCO, pertenece a la clase de HTS y ha sido ampliamente investigado y utilizado en diversos campos, incluida la ingeniería mecánica, dispositivos médicos, minería y sistemas de transporte. Dentro de esta clase (Bi1.6Pb0,4)Sr.2Aprox.2Cu3oh10También conocido como Bi-2223, se caracteriza por la temperatura crítica superconductora más alta y, por lo tanto, es de gran interés para posibles aplicaciones.
Sin embargo, el desarrollo y avance de los superconductores Bi-2223 ha enfrentado desafíos. Estos incluyen limitaciones como una baja densidad de corriente crítica, capacidades de fijación de flujo magnético deficientes y un proceso de síntesis complejo. Estos obstáculos han obstaculizado el progreso en el aprovechamiento de todo el potencial de los superconductores Bi-2223.
Para superar estos desafíos, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Muralidhar Miryala del Laboratorio de Materiales Superconductores para la Energía y el Medio Ambiente del Instituto de Tecnología Shibaura y el profesor Awang Kechik Mohd Mustafa del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universiti Putra. Malasia realizó un estudio para investigar los efectos de la adición de nanopartículas de grafeno en la formación de fases y las propiedades superconductoras del Bi-2223.
En este estudio, informamos los efectos sobre la temperatura crítica, la densidad de corriente crítica y las propiedades estructurales y morfológicas del Bi-2223 cuando se le incorporan nanopartículas de grafeno utilizando un novedoso método de coprecipitación..
Muralidhar Miryala, Profesor, Laboratorio de Materiales Superconductores de Energía y Medio Ambiente, Instituto de Tecnología Shibaura
Esta investigación fue publicada en el Nanomateriales Revista del 28 de julioTh2023. El estudio es un esfuerzo de colaboración de un equipo de coautores que incluye a Abdullah Siti Nabilah, Nursyahirah Kamarudin Aliah, Soo Kien Chen, Kean Pah Lim, Abdul Karim Muhammad Khalis y Shaari Abdul Halim de la Universiti Putra Malaysia, Abidin Talib Zainal de la Universidad Nacional de Jeonbuk, Baqiah Hussein de la Universidad de Dezhou y Hashim Azhan y Ermiza Suhaimi Nurbaisyatul de la Universiti Teknologi MARA Pahang.
Dadas las excepcionales propiedades eléctricas, mecánicas y químicas del grafeno, así como las microestructuras en forma de láminas que comparten tanto el grafeno como el Bi-2223, la inclusión de nanopartículas de grafeno como aditivos representa una perspectiva interesante. Formación y estructuras cristalinas de varias muestras de Bi-2223 con nanopartículas de grafeno al 0,3, 0,5 y 1,0% en peso. Este análisis se realizó mediante difracción de rayos X (XRD) y se comparó con una muestra pura de Bi-2223. Además, evaluaron la temperatura crítica de estas muestras mediante el método de susceptometría de corriente alterna (ACS).
Los resultados de la difracción de rayos X (DRX) revelaron la presencia de una fase predominante de Bi-2223 junto con una fase secundaria de Bi-2212, otro miembro de la familia BSCCO, en todas las muestras estudiadas. Es de destacar que la fracción de volumen ocupada por la fase Bi-2223 fue mayor en las muestras con 0,3 y 0,5% en peso de grafeno, pero ligeramente menor en la muestra con 1,0% en peso de grafeno.
Además, el análisis ACS mostró que los parámetros críticos relacionados con la temperatura, incluida la temperatura de inicio crítica, la temperatura de bloqueo de fase y la temperatura máxima de acoplamiento, todos indicadores del rendimiento superconductor, disminuyeron con el aumento del contenido de grafeno.
Sorprendentemente, la muestra que contenía 1,0% en peso de grafeno tenía la densidad de corriente crítica más alta y mostró la microestructura más adecuada para el desarrollo de superconductores Bi-2223.
Estos resultados sugieren que la adición de nanopartículas de grafeno, que actúan como impurezas, tiene el potencial de aumentar la densidad de corriente de los superconductores Bi-2223..
Muralidhar Miryala, Profesor, Laboratorio de Materiales Superconductores de Energía y Medio Ambiente, Instituto de Tecnología Shibaura
Al describir posibles aplicaciones futuras para los superconductores Bi-2223 con densidad de corriente mejorada, la profesora Miryala afirma: “Estos superconductores tienen el potencial de facilitar diversas áreas como imágenes por resonancia magnética, generación y distribución de energía, integración de energías renovables, transporte y aeroespacial, aceleradores de partículas, electrónica y computación cuántica, sostenibilidad ambiental, procesos industriales y de fabricación, y trabajo educativo y científico.«
Referencia de revista
Abdullah, SN, et al. (2023). Microestructura y propiedades superconductoras del Bi-2223 sintetizado mediante el método de coprecipitación: efectos de la adición de nanopartículas de grafeno. Nanomateriales. doi.org/10.3390/nano13152197.
Fuente: https://www.shibaura-it.ac.jp/en
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