Einfach ausgedrückt bedeutet Supraleitung zwischen zwei oder mehr Objekten, dass keine Elektrizität verschwendet wird. Das bedeutet, dass Strom zwischen diesen Objekten ohne Energieverlust übertragen wird.
Viele natürlich vorkommende Elemente und Mineralien wie Blei und Quecksilber haben supraleitende Eigenschaften. Und es gibt moderne Anwendungen, die derzeit Materialien mit supraleitenden Eigenschaften verwenden, darunter MRT-Geräte, Magnetschwebebahnen, Elektromotoren und Generatoren.
Normalerweise tritt Supraleitung in Materialien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen oder bei hohen Temperaturen bei sehr hohen Drücken auf. Der heilige Gral der heutigen Supraleitung besteht darin, Materialien zu finden oder herzustellen, die Energie untereinander in einer drucklosen Umgebung bei Raumtemperatur übertragen können.
Wenn die Effizienz von Supraleitern bei Raumtemperatur in großem Maßstab angewendet werden könnte, um hocheffiziente elektrische Energieübertragungssysteme für Industrie, Handel und Transport zu schaffen, wäre dies revolutionär. Der Einsatz der Technologie von Raumtemperatur-Supraleitern bei atmosphärischem Druck würde die Elektrifizierung unserer Welt für ihre nachhaltige Entwicklung beschleunigen. Die Technologie ermöglicht es uns, mehr Arbeit zu leisten und weniger natürliche Ressourcen mit weniger Abfall zu verbrauchen, um die Umwelt zu schonen.
Es gibt einige wenige supraleitende Materialsysteme für die elektrische Übertragung in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. In der Zwischenzeit führen Forscher der University of Houston Experimente durch, um die Supraleitung in einer Umgebung mit Raumtemperatur und atmosphärischem Druck zu untersuchen.
Paul Chu, Gründungsdirektor und leitender Wissenschaftler am Texas Center for Supraconductivity at UH, und Liangzi Deng, wissenschaftlicher Assistenzprofessor, wählten FeSe (Eisen(II)-Selenid) für ihre Experimente, weil es eine einfache Struktur und auch eine große Tc (supraleitende kritische Temperatur) hat ) Verstärkung unter Druck.
Chu und Deng haben ein Druckabschreckverfahren (PQP) entwickelt, bei dem sie zunächst bei Raumtemperatur Druck auf ihre Proben ausüben, um die Supraleitfähigkeit zu verbessern, sie auf eine gewählte niedrigere Temperatur abkühlen und dann den ausgeübten Druck vollständig ablassen, während sie den Druck beibehalten verbesserte supraleitende Eigenschaften.
Das Konzept des PQP ist nicht neu, aber das PQP von Chu und Deng ist das erste Mal, dass es verwendet wird, um die durch Hochdruck verstärkte Supraleitung in einem Hochtemperatur-Supraleiter (HTS) bei atmosphärischem Druck aufrechtzuerhalten. Die Ergebnisse werden im veröffentlicht Zeitschrift für Supraleitung und neuartigen Magnetismus.
„Wir verschwenden etwa 10% unseres Stroms während der Übertragung, das ist eine riesige Zahl. Wenn wir Supraleiter hätten, um Strom ohne Energieverschwendung zu übertragen, würden wir im Grunde die Welt verändern, Transport und Stromübertragung würden revolutioniert“, sagte Chu. „Wenn dieser Prozess angewendet werden kann, können wir Materialien herstellen, die Strom von dem Ort, an dem Sie ihn erzeugen, ohne Energieverlust bis zu Orten übertragen können, die Tausende von Kilometern entfernt sind.“
Ihr Verfahren wurde von dem verstorbenen Pol Duwez, einem prominenten Materialwissenschaftler, Ingenieur und Metallurgen am California Institute of Technology, inspiriert, der darauf hinwies, dass die meisten Legierungen, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur metastabil oder chemisch instabil sind, und diese Metastabile Phasen besitzen gewünschte und/oder verbesserte Eigenschaften, die ihren stabilen Gegenstücken fehlen, stellten Chu und Deng in ihrer Studie fest.
Beispiele für diese Materialien sind Diamanten, Hochtemperatur-3D-Druckmaterialien, schwarzer Phosphor und sogar Berylliumkupfer, das insbesondere zur Herstellung von Werkzeugen für den Einsatz in hochexplosiven Umgebungen wie Bohrinseln und Getreidehebern verwendet wird.
„Das ultimative Ziel dieses Experiments war es, die Temperatur auf über Raumtemperatur zu erhöhen und gleichzeitig die supraleitenden Eigenschaften des Materials beizubehalten“, sagte Chu. „Wenn das erreicht werden kann, wird Kryotechnik nicht mehr benötigt, um Maschinen zu betreiben, die supraleitendes Material wie ein MRI-Gerät verwendet haben, und deshalb freuen wir uns darüber.“
CW Chu et al, The Retention and Study of High-Pressure-Induced Phases in High- and Room-Temperature Supraconductors, Zeitschrift für Supraleitung und neuartigen Magnetismus (2022). DOI: 10.1007/s10948-021-06117-0