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工程師提高高溫超導線的性能:研究人員發現了一種新穎的方法來改善用作高溫超導體(HTS)的電線的性能
2021年05月13日    閱讀量:95810    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

佛羅里達州立大學的研究人員發現了一種改善用作高溫超導體(HTS)的電線性能的新穎方法,這一發現可能為新一代粒子加速器提供動力。


Bi-2212(基于鉍的超導線)的圖像。(Mark Wallheiser / FAMU-FSU工程學院)研究人員使用高分辨率掃描電子顯微鏡來了解加工方法如何影響鉍基超導線(稱為Bi-2212)中的晶粒中國建材網cnprofit.com。這些晶粒形成了高溫超導體的底層結構。


科學家們在原子級上觀察到Bi-2212晶粒成功地優化了其排列方式,從而使該材料能夠更有效地承載超導電流或超電流。他們的工作發表在《超導科學和技術》雜志上。


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研究人員發現,單個晶粒具有較長的矩形形狀,其較長的一面指向與導線相同的軸,即所謂的雙軸紋理。


它們按照導線的路徑以圓形圖案排列,因此方向僅在很小的比例下才可見。這兩個特性共同使Bi-2212晶粒具有準雙軸織構,事實證明這是超電流流動的理想配置。


FAMU-FSU工程學院的博士生Abiola Temidayo Oloye說:“通過了解如何優化這些晶粒的結構,我們可以以最有效的方式制造出承載更高電流的HTS圓線?!眹腋叽艌鰧嶒炇遥∕agLab)和該論文的主要作者。


與傳統導體(例如銅)不同,超導體可以以極高的效率傳輸電流,因為電子在超導線中傳播時不會遇到摩擦。


Bi-2212導線屬于用于制造超導磁體的新一代高場超導體,這是在世界范圍內的實驗室進行科學研究的重要工具,其中包括國家高磁場實驗室,研究人員在該實驗室中進行了實驗。


像Bi-2212這樣的高溫超導體可以在比低溫超導體(LTS)高得多的磁場下傳導電流,并且是歐洲核研究組織“大型強子對撞機”中更強大的粒子加速器設計的關鍵部分(CERN)。


Oloye說:“我們優化了Bi-2212圓線,以承載更大的電流,同時要牢記實驗室和制造商之間的規模差異?!?“我們在實驗室開發的過程必須擴展到制造水平,該技術才能在商業上可行,并且我們能夠在研究中做到這一點?!?/p>


FAMU-FSU工程學院機械工程學副教授Fumitake Kametani先前所做的工作,是MagLab研究人員和該研究的主要研究人員,他證明了Bi-2212圓導線中準雙軸織構對于電流的重要性。本文繼續了這一前提,并演示了實現最佳準雙軸織構所需的因素。


Kametani說:“所用的微觀結構表征在分析Bi-2212圓線的晶體結構方面是獨一無二的。該技術通常用于分析金屬和合金,我們已經對其進行了改進,以開發新的樣品制備方法來進一步優化。 Bi-2212 HTS導線技術的發展?!?/p>


總體目標是能夠在未來的高磁場磁體應用中使用Bi-2212圓線。


Oloye說:“由于它是唯一可用的圓形導線高溫超導體,因此該材料可以更輕松地替代使用由其他材料制成的LTS導線的現有技術?!?“其他HTS,例如REBCO和Bi-2223只能以帶形式提供,這給磁體設計增加了一層復雜性?!?/p>


來自總部位于FSU的國家高磁場實驗室和CERN的研究人員為這項研究做出了貢獻。


這項工作得到了美國能源部,國家科學基金會和佛羅里達州的資助和支持。


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