Сотрудники Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми провели опыты по 3D-печати монокристаллических высокотемпературных сверхпроводников. Новая методика позволяет получать структуры повышенной геометрической сложности.
Проект реализуется Национальной ускорительной лабораторией имени Энрико Ферми и Северо-Западным университетом при финансовой поддержке Министерства энергетики США. Ученые отрабатывают процесс 3D-печати монокристаллических сверхпроводников и ожидают подтверждения заявки на патент. Главная задача — аддитивное производство более эффективных сверхпроводящих ондуляторов — магнитов с переменным в пространстве поперечным магнитным полем, используемых для генерации когерентного излучения в синхротронах.
Под высокотемпературными сверхпроводниками в настоящее время обычно подразумеваются материалы со сверхпроводимостью при температурах выше -196°C. Этот момент важен, так как при таких температурах становится возможным охлаждение с помощью жидкого азота, что значительно проще и дешевле охлаждения жидким гелием.
Новизна заключается в методе производства керамических сверхпроводников: технологии 3D-печати позволяются создавать более сложные и потенциально более эффективные монокристаллические структуры.
На первом этапе используются порошковые смеси оксида иттрия-бария-меди в комбинации со связующим, делающим материал вязким и пригодным для экструзионной 3D-печати. Получаемые заготовки отжигаются и спекаются в печах, но на выходе получаются малоэффективные поликристаллические структуры. После этого поверх заготовки помещается «зерно» — монокристалл другого сверхпроводящего материала, оксида ниодима-бария-меди. Затем заготовка нагревается для пропитки исходной микроструктуры и заполнения пор. После пропитки заготовка медленно охлаждается, и на выходе получается изделие с такой же кристаллографической ориентацией, как у монокристаллического «зерна».
В первых опытах ученые получили решетчатые структуры, затем перешли к более сложным образцам. Одного «зерна» хватает для «засеивания» изделий размером до десяти сантиметров. В дальнейшем исследователи планируют отработать производство более крупных образцов за счет пропитки сразу несколькими монокристаллами.
Доклад научной команды опубликован в журнале Nature.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.