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Neues Potenzial für Supraleiter nach Weltrekord

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Forscher in Cambridge haben erfolgreich ein Magnetfeld mit einer Stärke von gefangen17,6 Teslaund schlug die17,2 Tesla des vorherigen Rekords, der 11 Jahre lang stark war. Sie verwendeten einen Hochtemperatur-Gadolinium-Barium-Kupferoxid-Supraleiter, der im Vergleich zu einem normalen Kühlschrankmagneten eine etwa 100-fache Festigkeit aufweist.

[Bildquelle: Universität von Cambridge]

Die Forschung zeigt das Potenzial von Hochtemperatursupraleitern für Anwendungen in zahlreichen Bereichen. Dazu gehören Schwungräder zur Energiespeicherung sowie Magnetabscheider, die zur Veredelung von Mineralien und zur Kontrolle der Umweltverschmutzung eingesetzt werden können. Oh und nicht zu vergessen MagLev-Züge, schwebende Monorail-Züge, die mit hoher Geschwindigkeit fahren.

Supraleiter führen elektrische Ströme, die wenig oder gar keinen Widerstand haben, wenn sie auf eine bestimmte Temperatur abgekühlt werden. Typischerweise müssen sie nahe am absoluten Nullpunkt gekühlt werden, bevor eine Superleitung auftritt; Die Hochtemperatursupraleiter leiten oberhalb des Siedepunkts von flüssigem Stickstoff -196 Grad Celsius.

Typischerweise werden Supraleiter für medizinische Anwendungen verwendet, einschließlich Geräten wie MRT-Scannern. In Zukunft könnten Supraleiter zur Steigerung der Energieeffizienz und zum Schutz des nationalen Netzes eingesetzt werden. Dies liegt an der Tatsache, dass sie elektrischen Strom mit hohem Wirkungsgrad führen.

Der Strom des Supraleiters kann ein Magnetfeld erzeugen. Je mehr Feldstärke er besitzt, desto mehr Strom kann er führen. Die neuesten Supraleiter sind in der Lage, einen Strom zu verwalten, der etwa 100-mal höher ist als der von Kupfer, und als solche haben sie viel mehr Leistungsvorteile als die Permanentmagnete oder die herkömmlichen Leiter.

Die Forscher konnten den Rekord dank der Verwendung von Proben von GdBCO von erreichen 25 mm im Durchmesser Hochtemperatursupraleiter über ein großes Einzelkorn und unter Verwendung eines etablierten Schmelzverfahrens. Der vorherige Rekord wurde in gesetzt 2003 beim 17,2 Tesla von Professor Masato Murakami vom Shibaura Institute of Technology in Japan. Das Team verwendete einen speziellen Supraleiter, der subtile Unterschiede in Struktur und Zusammensetzung aufwies.

"Die Tatsache, dass dieser Rekord so lange Bestand hat, zeigt, wie anspruchsvoll dieses Feld wirklich ist", sagte Professor David Cardwell vom Cambridge Department of Engineering, Leiter der Forschung, in Zusammenarbeit mit Boeing und dem National High Field Magnet Laboratory an der Florida State University."Selbst bei geringen Feldzuwächsen sind echte potenzielle Gewinne zu verzeichnen."

Das Team muss Materialien verwenden, die als Cuprate bekannt sind, um ein großes Feld zu enthalten, das so groß war, dass es sich um dünne Kupfer- und Sauerstoffplatten handelt. Dies waren die frühesten entdeckten Hochtemperatursupraleiter. Sie haben auch das Potenzial, in medizinischen und wissenschaftlichen Anwendungen in größerem Umfang eingesetzt werden zu können.

Sie haben ein hervorragendes Potenzial für praktische Anwendungen. Der Nachteil ist jedoch, dass sie spröde sind. Sie können mit trockenen Nudeln verglichen werden, die beim Biegen reißen. Die Forscher mussten die GdBCO-Mikrostruktur modifizieren, um den Strom zu erhöhen, den sie zusammen mit der Wärmeleistung führt, sie mit einem Edelstahlring verstärken und die einzelnen Körner schrumpfen. Dr. John Durrell sagte, dass dies ein sehr wichtiger Schritt gewesen sei, um die Ergebnisse zu erzielen.

"Diese Arbeit könnte die Ankunft von Supraleitern in realen Anwendungen ankündigen. " sagte Professor Cardwell, Leiter der Abteilung für Ingenieurwesen. "Damit Bulk-Supraleiter für den täglichen Gebrauch eingesetzt werden können, benötigen wir große Körner supraleitenden Materials mit den erforderlichen Eigenschaften, die mit relativ Standardverfahren hergestellt werden können."

Es wurde gesagt, dass derzeit viele Nischenanwendungen vom Team entwickelt werden und eine weit verbreitete kommerzielle Anwendung der Supraleiter in den nächsten fünf Jahren zu beobachten sein könnte.

"Dieser Rekord wäre ohne die Unterstützung unserer akademischen und industriellen Kollegen und Partner nicht zu erreichen gewesen."sagte Cardwell."Es war eine echte Teamleistung, und wir hoffen, dass diese Materialien den praktischen Anwendungen einen bedeutenden Schritt näher kommen."

"Boeing sieht weiterhin praktische Anwendungen für diese supraleitende Materialforschung und wir freuen uns über die Möglichkeiten, die die jüngsten Fortschritte des Cambridge-Teams bieten", sagte Patrick Stokes, Leiter des von Boeing finanzierten Forschungsportfolios an der Universität Cambridge.


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