Os supercondutores – materiais maravilhosos cuja resistência cai a zero abaixo de uma temperatura crítica – são muito promissores para atender à crescente demanda de energia da população global. Com aplicações potenciais em ressonância magnética, ressonância magnética nuclear, entrega de drogas magnéticas, limitadores de corrente de falha, transporte (trens Maglev) e cabos, há muita motivação para descobrir e desenvolver supercondutores de alta temperatura.
A este respeito, o diboreto de magnésio (MgB₂ ), um supercondutor de alta temperatura, tem recebido muita atenção devido ao seu baixo custo, peso leve e fácil fabricação. Postula-se que MgB₂ tem o potencial de substituir supercondutores convencionais à base de nióbio em aplicações práticas de engenharia. No entanto, MgB em massa₂ sofre do problema de longa data de uma densidade de corrente crítica insuficiente (a densidade de corrente acima da qual não é mais supercondutora) em campos magnéticos altos. Isso, por sua vez, limita bastante suas aplicações em larga escala.

Para resolver esse problema, os pesquisadores tentaram adicionar elementos externos em quantidades controladas, um processo conhecido como "doping", durante a síntese de MgB em massa₂ , com pouco ou nenhum sucesso. Como o Prof. Muralidhar Miryala do Shibaura Institute of Technology (SIT), Japão afirma:"Até agora, os pesquisadores tentaram melhorar a densidade de corrente crítica do MgB a granel₂ por dopagem com carboneto de silício, outras fontes de carbono, prata, metais de transição, etc. No entanto, melhoria adicional da densidade de corrente crítica de MgB₂ é crucial para várias aplicações industriais."

Nem toda a esperança está perdida, no entanto. A equipe do Prof. Miryala conseguiu mostrar que a sinterização do MgB₂ a cerca de 800°C por 3 horas em um ambiente de argônio pode levar a um desempenho supercondutor superior. Isso estava ligado à formação de uma microestrutura ótima em tais condições de processamento, que revelou desempenhar um papel importante na supercondutividade do MgB₂ .

Em um estudo recente publicado pela primeira vez em 7 de julho de 2022, em Advanced Engineering Materials , a equipe do Prof. Miryala fez outro avanço. Eles descobriram que combinar condições ideais de sinterização com adição controlada de boro amorfo de tamanho nanométrico e óxido de disprósio (Dy₂ O₃ ) melhorou a densidade de corrente crítica de alto campo (J_c ) de MgB₂ bem como o seu campo próprio. O estudo incluiu o Prof. M.S. Ramachandra Rao do Instituto Indiano de Tecnologia Madras (IITM), Índia, que forneceu suporte para o programa global de aprendizado baseado em projetos (gPBL) no IITM e contribuições de K. Kitamoto, A. Sai Srikanth e M. Masato do SIT, D .Dhruba de IITM.

O que foi notável sobre Dy₂ O₃ como dopante foi que quase não teve efeito sobre a temperatura de transição supercondutora do MgB₂ (que se manteve estável em torno de 38 K).

Além disso, Dy₂ O₃ adição levou à formação de DyB₄ nanopartículas, aumentando ainda mais a fixação de fluxo em MgB₂ contornos de nano-grãos. Além disso, o uso do precursor de nano boro ajudou a criar MgB₂ nano grãos com excepcional fixação de fluxo no limite de grão. Como resultado, uma densidade de corrente crítica superior foi alcançada.

Usando nanoboro amorfo como ingrediente inicial, a equipe quantificou a quantidade precisa de Dy₂ O₃ que precisava ser adicionado para melhorar significativamente J_c em massa MgB₂ supercondutores. Analisando a estrutura e a composição com técnicas como difração de raios X e espectroscopia Raman, e as propriedades supercondutoras do MgB em massa dopado₂ , eles encontraram o Dy₂ ideal O₃ faixa de dopagem de 0,5-1,5%.

Com essas descobertas, a equipe está animada com as perspectivas futuras do MgB₂ . "Estes resultados demonstram o potencial de Dy₂ O₃ dopagem juntamente com precursores de nanoboro na realização de MgB a granel₂ para aplicações práticas de supercondutores", diz o Prof. Miryala. "Nossa pesquisa contribui para a literatura existente sobre formas de melhorar o J_c e pode abrir caminho para supercondutores a granel da vida real, que são um farol para tecnologias sustentáveis." + Explore mais

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