di Morgan McCorkle
OAK RIDGE – L'abilità di controllare le imperfezioni in scala nanometrica nei cavi superconduttori, porta a materiali dalla performance impareggiabile e personalizzata, secondo un nuovo studio dell'Oak Ridge National Laboratory americano. Le applicazioni dei cavi superconduttori, che trasportano elettricità senza resistenza quando raffreddati a temperature critiche, includono la cablatura sotterranea, i trasformatori e motori e generatori in larga scala. Queste applicazioni richiedono però cavi che operino a differenti regimi di temperatura e di campo magnetico.
Un team guidato da Amit Goyal dell'Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ha dimostrato che i cavi superconduttori possono essere ottimizzati per diverse condizioni di operatività, introducendo piccole quantità di materiale non-superconduttore, che influenzano il comportamento generale del materiale. Manipolare queste colonne in nanoscala, dette anche difetti, permette ai ricercatori di esercitare un controllo sulle forze che regolano la performance dei cavi superconduttori. Le scoperte del team sono pubblicate sui Scientific Reports di Nature Publishing Group.
“Non solo possiamo introdurre questi difetti nel superconduttore e ottenere maggior performance, ma possiamo ottimizzare la performance per diversi regimi di applicazione, modificando la spaziatura e la densità dei difetti”, dice Goyal. Un campione di cavo prodotto con questo processo ha esibito performance mai viste in termini di ingegnerizzazione di densità critica di corrente, che misura la quantità di corrente che il filo può condurre per area di sezione trasversale. Questa metrica riflette più accuratamente le capacità reali del materiale, perchè tiene conto dei componenti non-superconduttori, come il substrato e gli strati di buffer e stabilizzanti, riferisce Goyal. “Riportiamo una performance record ai 65° Kelvin e 3 Tesla, dove operano molte applicazioni di macchine rotanti, come motori e generatori”.
Il documento indica una minima densità di corrente critica in tutti gli orientamenti del campo magnetico, di 43.7 kiloamperes/cm^2, più del doppio della performance necessaria in molte applicazioni. Questa metrica assume la presenza di uno strato stabilizzante di rame spesso 50 micron. I difetti nei superconduttori vengono generati tramite un processo di autoassemblaggio sviluppato dall'ORNL, che permette ai ricercatori di progettare un materiale che sviluppa automaticamente la microstruttura nanometrica, durante la crescita. Il meccanismo di questo processo, che aggiunge poco costo alla produzione, è stato il soggetto di uno studio pubblicato recentemente da un team guidato da Goyal in Advanced Functional Materials.
“Quando crei i cavi, componi le loro proprietà grazie all'autoassemblaggio dei difetti”, ha detto Goyal. “Cambi la composizione del superconduttore quando depositi il nastro”. Goyal, che ha collaborato con numerose compagnie nel campo della tecnologia superconduttiva, spera che il settore privato incorpori le scoperte del team per migliorare i prodotti esistenti e generare nuove applicazioni.
Lo studio è pubblicato col titolo “Engineering nanocolumnar defect configurations for optimized vortex pinning in high temperature superconducting nanocomposite wires.” http://www.nature.com/srep/2013/130813/srep02310/full/srep02310.html I co-autori sono Sung Hun Wee e Claudia Cantoni dell'ORNL e Yuri Zuev della University of Tennessee.
La ricerca è stata sponsorizzata dall'Office of Electricity Delivery and Energy Reliability del DOE e supportata dal Shared Research Equipment (ShaRE) User Program dell'ORNL, sponsorizzato dall'Office of Science del DOE.
Tradotto da Richard per Altrogiornale.org
Fonte: http://www.ornl.gov/ornl/news/news-releases/2013/ornl-superconducting-wire-yields-unprecedented-performance
Vedi: https://www.altrogiornale.org/news.php?item.6294.7 https://www.altrogiornale.org/news.php?extend.7999