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新型超导体:虽然脆但很硬
发布:Kate0609   时间:2015/7/7 9:37:59   阅读:601 
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英国剑桥大学的工程师们带领的研究小组打破了一项持续了10多年的世界纪录,他们实现了一个高尔夫球大小的材料样本内部承受相当于3吨的作用力,而这种材料像瓷器一样脆弱。

英国剑桥大学研究学者在高温钇钡铜氧化物(GdBCO)超导体里成功的“围困”了一个强度相当于17.6特斯拉的磁场——这比典型的冰箱磁铁产生的磁场要强100倍, 比之前的记录高出了0.4特斯拉。这项研究结果被发表在期刊《超导体科学与技术》上。

这项研究展示了高温超导体应用于一系列领域的潜在性,包括能量存储的惯性轮和“磁性分离器”,它们还可以被用于矿物细化和污染控制,以及高速悬浮单轨列车。超导体是温度降低到特定温度时没有阻力或者阻力较小的携带电流的材料。虽然传统的超导体在显示超导性前需要冷却到接近绝对零度(-273℃),但高温超导体只要高于液氮沸点(-196℃)即可,这使得它们的冷却较为容易,且操作更低廉。

超导体目前被用于科研和医疗领域,例如磁共振成像(MRI)扫描仪,在未来可以被用于保护国家电网并增加能源效率,这是因为超导体携带电流时不会丢失能量。

超导体携带的电流也能产生磁场,超导体内能够包含的磁场强度越大,它能够携带的电流越多。目前现有技术的实用超导体能够携带的电流比铜产生的大100倍,这导致它们比传统的导体和永久磁铁拥有更多性能优势。

最新的记录是利用25毫米直径的GdBCO高温度超导体样本(较大的单个颗粒形式制造的)获得的,这一样本使用了一种已经存在的熔融共混方法,并使用一种相对简单的方法进行加强。之前的记录是17.2特斯拉,是由日本芝浦工业大学的村上正户(Masato Murakami)教授带领的研究小组于2003年创造的,他们使用了一种高度专业化的超导体类型,这种超导体具有相似但略微不同的组成成分和结构。

“这一记录存在了这么多年的事实显示了这一领域有多苛求,” 带领这项研究的英国剑桥大学工程学院的大卫•卡德韦尔(David Cardwell)教授这样说道,他们与波音公司以及美国佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室有合作。“磁场强度的略微增加会产生真正潜在的收益。”

为了包含这样大的磁场,研究小组将使用名为铜氧化物的材料:由更为复杂的原子类型分离的薄铜片和氧。这些铜氧化物是目前发现的最古老的高温超导体,具有广泛应用于科研和医疗领域的潜力。虽然铜氧化物是具有实际应用潜力的高质量超导体,但当以烧结陶瓷的形式锻造时,它们会像干燥的意大利面一样脆,因此巨大的铜氧化物包含强大的磁场可能会导致它们爆炸。

因此,为了约束或者围困磁场,研究人员必须修改GdBCO的微观结构以增加它可以携带的电流及热能性能,同时利用不锈钢环固定,后者主要是用于“拆封”单个颗粒样本。“这是获得最终结果的重要一步。”带领这项实验的约翰• 德雷尔(John Durrell)这样说道。

超导体磁通量的线会彼此强烈排斥,这使得包含巨大的磁场变得更加困难。但是,通过设计这种笨重的微型结构,这个场被分布在整个材料里的所谓的“磁通钉扎中心”保留在样本里,“GdBCO里有效钉扎的发展是这项实验成功的关键,”施云华(Yun-Hua Shi)博士这样表示,在过去的20年间他在剑桥大学研发了这个熔融过程制造技术。

“这项工作可能预示着超导体在现实世界里的应用,” 卡德韦尔教授这样说道。“为了实现巨大超导体在日常生活中的应用,我们需要具有特定特性的较大超导体材料颗粒,而这类超导体可以通过相对标准的过程来制造。”

目前剑桥大学的研究学者正在和他们的合作者开发一系列应用,预计在未来五年内将看到超导体被广泛的应用于商业领域。“没有学术和工业界的同事及合作伙伴,我们可能无法打破这一纪录,” 卡德韦尔教授表示,“这真是团队合作的结果,我们希望这些材料能够距离实际的应用更近一步。”

“波音公司正持续的寻找这类超导体材料的实际应用,近期剑桥研究小组取得的进展表现出更多的可能性,这让我们兴奋不已。”带领波音公司资助的研究小组的帕特里克•斯多克(Patrick Stokes)这样说道。
 

来源:materialstodaychina
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