Im Bereich der Supraleitung sind die Haltbarkeit und Effizienz von Materialien wie REBCO-Bändern (Seltene Erden-Barium-Kupfer-Oxid) für den Einsatz in verschiedenen High-Tech-Bereichen von entscheidender Bedeutung. Diese Materialien stehen jedoch vor Herausforderungen, insbesondere wenn es darum geht, ihre supraleitenden Eigenschaften unter Belastung aufrechtzuerhalten.
Eine aktuelle Studie untersucht den komplizierten Zusammenhang zwischen mechanischer Belastung und den supraleitenden Fähigkeiten von REBCO-Bändern und liefert neue Erkenntnisse, die den Weg für robustere und zuverlässigere supraleitende Materialien ebnen könnten.
Im Mittelpunkt dieser Studie steht die Untersuchung von Kantenrissen, die durch den Schlitzprozess in REBCO-Bändern unter Zugbeanspruchung entstehen. Diese Bänder, die für ihre hohe kritische Stromkapazität bekannt sind, sind in vielen supraleitenden Anwendungen unverzichtbar, von medizinischen Bildgebungsgeräten bis hin zu Teilchenbeschleunigern. Es wurde allgemein angenommen, dass selbst geringfügige Kantenrisse sich ausbreiten und zu einer vorzeitigen Verschlechterung der REBCO-Bänder unter Belastung führen könnten, was Bedenken hinsichtlich der Langlebigkeit und Zuverlässigkeit dieser Materialien in praktischen Anwendungen aufkommen ließ.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Tsinghua University, der University of Houston und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften analysierte mithilfe fortschrittlicher mikroskopischer und rechnerischer Techniken sorgfältig, wie sich diese Kantenrisse auf die Fähigkeit der Bänder auswirken, Superstrom ohne Widerstand zu transportieren.
Das Team untersuchte kommerzielle REBCO-Bänder, die mit verschiedenen Verfahren hergestellt wurden, und stellte fest, dass sich Randrisse nicht ausbreiten, wenn der Spannungsintensitätsfaktor an der Rissspitze unter einem bestimmten Schwellenwert (KIC = 2,3 MPa√m) liegt, und kam zu dem Schluss, dass diese Risse keine vorzeitigen Risse verursachen Degradierung.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus der Forschung ist ein Modell, das mehrere Kantenrisseigenschaften verwendet, um Spannungsintensitätsfaktoren zu bewerten. Dieses Modell ist für Hersteller besonders wertvoll, da es darauf hindeutet, dass durch die Kontrolle dieser Faktoren die Widerstandsfähigkeit von REBCO-Bändern gegenüber mechanischer Beanspruchung verbessert werden könnte.
Die Forschung ist veröffentlicht im Supraleitung Tagebuch.
Die Implikationen dieser Studie gehen über die Grenzen des Labors hinaus. Bei realen Anwendungen, bei denen supraleitende Bänder häufig verschiedenen Belastungen und Belastungen ausgesetzt sind, ist das Verständnis der Auswirkungen physikalischer Unvollkommenheiten von größter Bedeutung. Diese Forschung wirft nicht nur Licht auf das Kantenrissverhalten von REBCO-Bändern, sondern liefert auch Leitlinien für den Schlitzprozess und eröffnet neue Wege zur Herstellung haltbarerer und effizienterer supraleitender Materialien und verschiebt die Grenzen dessen, was in der Welt der Supraleitung möglich ist.
Mehr Informationen:
Zhirong Yang et al., Einfluss von Kantenrissen auf den kritischen Stromabbau in REBCO-Bändern unter Zugspannung, Supraleitung (2022). DOI: 10.1016/j.supcon.2022.100007
Bereitgestellt vom Shanghai Jiao Tong University Journal Center