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 自 1911 年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找在更高溫度下達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)的可行材料，使它們能夠使用更便宜的冷卻劑或先進(jìn)的低溫冷卻器運(yùn)行。在眾多類(lèi)型的可行材料中，MgB 2超導(dǎo)體的工作溫度為 39 K，介于傳統(tǒng)金屬超導(dǎo)體和高溫銅酸鹽超導(dǎo)體之間。它占據(jù)了獨(dú)特的位置，其中間工作溫度被其獨(dú)特的材料和電氣特性所抵消。



MgB 2超導(dǎo)體是無(wú)毒、輕質(zhì)的材料，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的燒結(jié)工藝制造，并且具有與傳統(tǒng)金屬超導(dǎo)體相似的電流密度。這些特性使它們適用于需要廉價(jià)和輕型超導(dǎo)體的應(yīng)用，例如太空應(yīng)用和電機(jī)。然而，MgB 2超導(dǎo)體的燒結(jié)是在環(huán)境壓力下進(jìn)行的，這會(huì)導(dǎo)致高度多孔的材料具有低于最佳超導(dǎo)性能。更具體地說(shuō)，超導(dǎo)體的多孔性質(zhì)限制了它可以捕獲和保持的磁場(chǎng)。


現(xiàn)在，在發(fā)表在《材料科學(xué)與工程：B》上的一項(xiàng)研究中，日本芝浦理工學(xué)院的研究人員通過(guò)制造高密度、無(wú)孔的 MgB 2塊體來(lái)增強(qiáng)塊體 MgB 2超導(dǎo)體中的俘獲磁場(chǎng)。研究人員使用放電等離子燒結(jié) (SPS)，在50 MPa 的高壓下用脈沖電流加熱市售的 MgB 2粉末。結(jié)果令人著迷，這是第一項(xiàng)通過(guò) SPS 制造具有 99.8% 填充率的大型 40 毫米直徑 MgB 2塊體的研究， 領(lǐng)導(dǎo)該研究的 Muralidhar Miryala 教授解釋說(shuō)。


制備的樣品質(zhì)量與常規(guī)燒結(jié)方法制備的樣品質(zhì)量相似，雜質(zhì)很少。發(fā)現(xiàn)高填充密度可提高材料的電流密度和強(qiáng)度。在將他們的樣品與通過(guò)替代高壓熱等靜壓 (HIP) 技術(shù)制備的致密塊體進(jìn)行比較時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn) SPS 塊體顯示出優(yōu)異的強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度是 HIP 處理的塊體的八倍。


在高密度樣品中發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的俘獲場(chǎng) (TP) 性能改進(jìn)，其中增加的電流密度增強(qiáng)了它們俘獲和保持磁場(chǎng)的能力。在通過(guò)磁化樣品并在 14 和 20 K 的溫度下測(cè)量 TP 來(lái)檢查 TP 性能時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn) MgB 2塊體在高達(dá) 1.6 特斯拉的外部磁場(chǎng)中顯示出高 TP。然而，當(dāng)施加大的外部磁場(chǎng)時(shí)，材料的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致材料過(guò)熱，TP值下降。



盡管存在熱限制，但高密度 MgB 2超導(dǎo)體與傳統(tǒng)燒結(jié)超導(dǎo)體相比有了顯著改進(jìn)。在評(píng)論他們發(fā)現(xiàn)的重要性和新穎性時(shí)，Miryala 教授解釋說(shuō)，以這種方式生產(chǎn)的大型 SPS MgB 2塊體可以作為超導(dǎo)體具有廣泛的應(yīng)用，我們的研究也為進(jìn)一步加強(qiáng)和實(shí)現(xiàn)這些超導(dǎo)體的商業(yè)化鋪平了道路。


事實(shí)上，空間探索和電力運(yùn)輸需要更便宜、更輕、更實(shí)惠的超導(dǎo)體，使用這些令人印象深刻的 MgB 2超導(dǎo)體可能很快就會(huì)變得更加高效。

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