涂层提高超导体的电流密度

加州大学的科学家们正在洛斯阿拉莫斯国家实验室来自剑桥大学的一名研究人员已经演示了一种在磁场环境下提高超导涂层导体电流密度的简单且工业可缩放的方法。这一发现有可能使超导导线和磁带在某些用途上的承载能力提高200%到500%,比如电动机和发电机,在这些地方,高磁场会降低电流密度。

研究发表在《自然材料》杂志上,剑桥大学科学家Judith Macmanus-Drisc欧洲杯足球竞彩oll洛斯▪阿拉莫斯和她的同事们发现,当复合锆酸钡沉积与yttrium-barium-copper-oxide超导体同时它自然形成纳米粒子嵌入在超导体的电影。欧洲杯猜球平台结果是,在液氮温度下工作的高磁场中,涂层导体的电流密度增加了2到5倍。

超导导线和胶带携带的电流是传统铜线的数百倍,而且电阻很小或没有电阻。超导技术将为美国的电力传输系统带来巨大的能源效率。这一发现引起的兴奋很大程度上是由于这一过程可以很容易地和经济地纳入超导体的商业加工。这一进展对于发展强大的、高效能的超导电机和发电机,用于民用和军事应用是重要的。该实验室在美国洛斯阿拉莫斯超导技术中心(STC)的支持下开展高温超导带的研究和开发。

STC的负责人Dean Peterson说:“这是一项重大的技术进步,因为这意味着我们现在开始了解如何控制这些超导材料的缺陷,并利用它们为我们所用。欧洲杯足球竞彩这是我们第一次能够控制结构缺陷,通过这样做,更好地设计材料的结构,以优化性能。”

与人们可能想到的相反,超导薄膜中存在某些类型的缺陷不是问题,而是必要的。早期高温超导研究的目标是消除有效阻断电流流过材料的大规模缺陷。这需要超导颗粒的有序排列,就像平坦道路上的砖块一样,让高密度电流畅通无阻地流动。科学家后来发现,在超导体中维持高电流密度需要纳米级的小缺陷,特别是在高磁场存在的情况下。纳米级是指大约50-100个原子的缺陷尺寸。

因为磁场产生小电流在超导漩涡的漩涡,就像龙卷风在空中,穿过物质的影响下电流导致当前的流动阻力,固定纳米缺陷或“销”漩涡允许电流没有抵抗。这些纳米级的缺陷可以有各种各样的形式,从小颗粒到平板和长串状物体。欧洲杯猜球平台以前试图制造这些类型的小缺陷的密集阵列,如快速重离子辐照,对商业生产是不切实际的,也很难以可复制的方式加以控制。

除了Macmanus-Driscoll和Peterson,团队的其他成员还包括Stephen Foltyn, Quanxi Jia, Haiyan Wang, Adriana Serquis, Leonardo Civale, Boris Maiorov, Marilyn Hawley和Martin Maley,他们都来自洛斯阿拉莫斯。这项研究是在洛斯阿拉莫斯超导技术中心的赞助下进行的,并得到了美国能源部电力传输和分配办公室的资助。

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