O diboreto de magnésio é um material supercondutor promissor com várias aplicações (ver fig. À esquerda). Encontrar maneiras acessíveis de produzir versões melhoradas é essencial. A ultrassonicação de diboreto de magnésio usando boro é barata e escalonável e produzirá grãos de tamanho nanométrico (veja a fig. À direita). Crédito:Instituto de Tecnologia Shibaura
A supercondutividade já tem uma variedade de aplicações práticas, como imagens médicas e transporte levitando como os sistemas maglev sempre populares. Contudo, para garantir que os benefícios dos supercondutores aplicados continuem se espalhando para outros campos tecnológicos, precisamos encontrar maneiras de não apenas melhorar seu desempenho, mas também tornando-os mais acessíveis e simples de fabricar.
A respeito disso, diboreto de magnésio (MgB 2 ) tem atraído a atenção de pesquisadores desde sua descoberta como um supercondutor com múltiplas vantagens. É um peso leve, material facilmente processável feito de precursores amplamente abundantes; essas qualidades combinadas, reduzir significativamente o custo geral de trabalhar com MgB 2 .
Contudo, uma propriedade prática chave de um supercondutor é sua densidade de corrente crítica (J c ) - a densidade de corrente máxima na qual ele pode operar sem dissipar energia como os condutores convencionais fazem. Aumentando o J c de MgB 2 através de meios acessíveis provou ser um desafio notável, o que geralmente é resolvido por meio da engenharia de materiais e da otimização dos procedimentos e condições de fabricação.
Em um estudo recente aceito para publicação em Ciência e Engenharia de Materiais:B , uma equipe de cientistas do Shibaura Institute of Technology, Japão, desenvolveu uma técnica econômica para impulsionar o J c de MgB a granel 2 :ultrasonication. Sua abordagem envolve a dissolução de boro comercial barato em hexano e o uso de ultrassom para dispersar completamente o soluto. Uma vez que o hexano é evaporado e removido, obtém-se um pó de boro muito fino, que é então sinterizado com magnésio para produzir MgB 2 . Mas por que usar boro mais fino resulta em melhores propriedades supercondutoras?
A resposta é a fixação de fluxo magnético. Embora os supercondutores geralmente repelam campos magnéticos externos, algumas quantidades quantizadas de fluxo magnético às vezes penetram no material sob as condições certas, produzindo a força forte responsável pela levitação supercondutora. Esta penetração ocorre apenas em centros de fixação, que surgem de vários tipos de defeitos no material; no caso de MgB 2 , os centros de fixação estão localizados nos limites dos grãos. Professor Muralidhar Miryala, quem liderou o estudo, explica:"Em poucas palavras, o pó de boro refinado obtido por ultra-som resulta em uma densidade mais alta de contornos de grão, reduzindo o tamanho geral do grão. Por sua vez, o incremento nos limites dos grãos é igual a um aumento nos centros de fixação de fluxo, que são responsáveis pelo J superior c observamos em nossas amostras. "
O procedimento de síntese dos cientistas produziu MgB a granel de alta qualidade 2 principalmente livre de impurezas de oxidação. Comparado com uma amostra não ultra-sônica usada como referência, o J c os valores aumentaram em até 20%, dependendo do tempo de ultrassonicação utilizado. Além disso, os resultados da microscopia eletrônica de varredura e análises de espectroscopia de raios-X por dispersão de energia revelaram um mecanismo secundário que poderia dar origem a um aumento de J c . A equipe observou uma estrutura em camadas do que parece ser Mg-B-O revestindo as paredes dos poros com deficiências de boro. Esta estrutura de revestimento em camadas pode não apenas atuar como um centro de fixação em si, mas também tem um efeito restritivo sobre o tamanho do grão.
Empolgado com os resultados gerais, Miryala comenta:"Nosso estudo estabelece uma base para a obtenção de MgB a granel de alto desempenho acessível 2 para ímãs supercondutores. Isso ajudará a reduzir o custo das tecnologias baseadas em ímã e torná-los mais acessíveis para a população em geral, especialmente na área médica. "Embora mais estudos sejam necessários para encontrar o solvente ideal e os parâmetros de ultrassonicação, os presentes achados são certamente promissores e podem promover o uso de MgB 2 ímãs supercondutores em outras áreas, incluindo aplicações espaciais, limpeza de água, e motores elétricos. Esperançosamente, e com tempo suficiente, todos nós devemos nos beneficiar de supercondutores acessíveis de uma forma ou de outra!
