Supraleiter könnten möglicherweise Massenmagnete in Maschinen, die von MRIs und CT-Scannern bis hin zu Elektromotoren reichen, auslaufen lassen. Der Fang? Herkömmliche Hochtemperatur-Supraleiter bestehen aus teuren Seltenerdmetallen und haben einen langen und komplizierten Herstellungsprozess. Dies hat dazu geführt, dass sich die Aufmerksamkeit auf Supraleiter verlagert hat, die aus Magnesiumdiborid (oder MgB2) hergestellt sind, das leicht, billig und einfacher herzustellen und in komplizierte Formen zu formen ist.
Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung von Bor im Nanomaßstab zur Herstellung von MgB2 zu besseren magnetischen Eigenschaften führt. Kommerzielles Bor im Nanomaßstab ist jedoch teuer. Kugelmahlen, ein beliebtes Verfahren zum Raffinieren von Bor, führt Verunreinigungen ein, die die Leistung des Supraleiters beeinträchtigen. Somit besteht ein Bedarf an einem kostengünstigen Verfahren zur Raffination von Bor im Nanomaßstab. Nun, in einem Artikel, der in veröffentlicht wurde Keramik internationalein Team von Forschern des Shibaura Institute of Technology (SIT) unter der Leitung von Professor Muralidhar Miryala, löste dieses Problem, indem es eine völlig neue, kostengünstige und effiziente Methode zur Veredelung von Bor skizzierte.
Das Team verwendete eine Technik namens Ultraschall, eine Technik, die Ultraschallwellen einsetzt, um Partikel in einer Probe zu bewegen. Zuerst legten sie handelsübliches kristallines Bor in destilliertes Wasser. Dieses wurde dann Ultraschallwellen von 20 kHz ausgesetzt. Die Forscher setzten das kristalline Bor für unterschiedliche Zeiträume der Ultraschallbehandlung aus, um zu sehen, welcher Zeitraum ideal wäre. Die resultierenden Supraleiterproben wurden auf Verunreinigungen, Mikrostruktur und magnetische Eigenschaften überprüft.
„Wir haben festgestellt, dass unsere MgB2-Proben zu etwa 95 % rein waren, was viel höher ist als bei der Kugelmühlenmethode, die nur eine Reinheit von 75 % ergab. Die Proben hatten eine verfeinerte Mikrostruktur und eine um 35 % bessere als andere Methoden. All dies war mit nur 30 Minuten Ultraschallbehandlung erreicht“, sagt Prof. Miryala. Dies macht diese neue Methode der Ultraschallbehandlung mit destilliertem Wasser äußerst effizient bei der Raffination von Bor, ohne dass teure Materialien verwendet werden müssen. Es senkt die Kosten für die Herstellung von MgB2-Supraleitern und verbessert gleichzeitig ihre magnetischen Eigenschaften.
Laut Prof. Miryala: „Obwohl Ultraschall als Verfahren zur Raffination bereits erforscht wurde, wurden bei früheren Versuchen Ethanol oder Hexan verwendet. Dies erhöht die Kosten des Prozesses. Die Verwendung von destilliertem Wasser senkt die Kosten, während es immer noch so gut ist sogar besser als die vorherigen Medien.“
Insgesamt stellt diese Studie einen Schritt nach vorne dar, um Supraleiter für kommerzielle Zwecke in Geräten leicht verfügbar zu machen. Darüber hinaus rückt die Studie auch das Ultraschallverfahren in den Fokus, das sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium befindet. „Diese neue Technik wird weitere Forschungswege eröffnen. Andere Forscher können an der Optimierung dieser Methode arbeiten, um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, und diese Technik in ihren jeweiligen Bereichen anwenden“, kommentiert Prof. Miryala.
Sai Srikanth Arvapalli et al., Neuartige Ultraschall-Bor-Veredelung in destilliertem Wasser zur kosteneffizienten Herstellung von MgB2-Bulk-Keramik-Supraleitern, Keramik international (2022). DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.06.115
Bereitgestellt vom Shibaura Institute of Technology