Zameranie

     Laboratórium materiálovej fyziky (LMF) je zamerané na prípravu a výskum oxidických funkčných keramických materiálov. V súčasnosti je nosným programom LMF príprava a štúdium súvisu mikroštruktúry a supravodivých vlastností YBCO (YBCO je skratka pre vysokoteplotný supravodič YBa2Cu3O7) a REBCO (RE = Gd, Sm, Nd) masívnych monokryštalických supravodičov (MMS).  V tejto oblasti získalo LMF vedecké výsledky oceňované doma i v zahraničí, nadviazalo širokú medzinárodnú spoluprácu s poprednými pracoviskami vo svete (SIT Tokyo, Argonne National Laboratory, USA, Oxford University, Cambridge University, IPHT Jena, IFW Dresden, ATI Vienna, ICMAB Barcelona, CRETA CNRS Grenoble, JTU Shanghai, KAERI Daegeon) v rámci projektov dvojstrannej a mnohostrannej spolupráce (projekty 5RP a 6RP) resp. projektov štrukturálnych fondov EÚ  vybudovalo infraštruktúru potrebnú na výskum a vývoj týchto materiálov.

     REBCO MMS (ďalej ako Y123)  sú materiály vhodné pre praktické aplikácie hlavne ako supravodivé permanentné magnety. Medzi ich unikátne vlastnosti patrí, že v dôsledku silného pinningu (kotvenia magnetických siločiar) vedia zachytiť o rád vyššie magnetické pole ako najlepšie permanentné magnety (až 17 Tesla pri teplote 30 oK, až 100 krát vyššia hustota energie), stabilne sa vznášajú alebo visia v nehomogénnom magnetickom poli (vysoká levitačná sila) a pohybujú sa bez trenia v homogénnom magnetickom poli. Aplikačné možnosti sú najmä pri konštrukcii výkonných elektrických točivých strojov, magnetických separátorov, levitačných zariadení ako sú ložiská bez trenia, zotrvačníkové rezervoáre energie, levitačné dopravníky a vlaky a iné.

     Vysokoteplotné supravodiče sa všeobecne vyznačujú malou koherenčnou dĺžkou parametrom, ktorý limituje maximálnu vzdialenosť elektrónov v cooperovskom páre (2,7 nm pri 77 oK  pre Y123 v a/b-rovine). Tento parameter zásadne vymedzuje požiadavky na technológiu prípravy supravodiča, ktorá musí poskytovať monokryštalický materiál s nanorozmerovými piningovými centrami.

     Súčasný REBCO MMS (supravodivý magnet) si idealizovane môžeme predstaviť ako  monokryštál REBa2Cu3O7-x supravodivej fázy cylindrického tvaru s priemerom 30 až 100 mm, v ktorom sú rozptýlené centrá uchytávania magnetických tokočiar. Tieto centrá môžu byť submikrónové častice  nesupravodivej RE2BaCuO5 (211) fázy (Obr. 1), resp. tzv. chemické piningové centrá: nanorozmerové oblasti s narušenou kryštálovou mriežkou  vytvorené substitučnými atómami.

    REBCO masívne monokryštály pripravené tzv. Top-Seeded Melt-Growth technológiou majú nízky obsah kyslíka a sú nesupravodivé. Musia sa oxidačne žíhať a ako sme ukázali vznikajú pritom oxidačné trhliny v dôsledky skracovania parametrov mriežky (Obr. 2). Tieto trhliny zmenšujú účinný prierez vzorky na jednu tretinu ale sú nevyhnutné pre úspešnú oxidáciu. Ak by sa realizovala iba objemová difúzia kyslíka tak by oxidácia MMS trvala viac ako tisíc rokov. Nedávno sme demonštrovali, že vysokotlakou vysokoteplotnou oxidáciou je možné potlačiť tvorbu oxidačných trhlín a zvýšiť tak až trojnásobne úžitkové vlastnosti. Našli sme nové možnosti vytvárania chemických piningových centier mikrolegovaním (obr. 3). 

                                                    



                                 Obr. 1. 211 častice  a dvojčaťová štruktúra                                       

 Obr. 2. Tvorba oxidačných trhlín pri oxidácii YBCO MMS pri 400 oC v kyslíku


Obr.3. Mikrolegovaný YBCO MMS. Zachytené magnetické pole pri 77 K.

Ústav experimentálnej fyziky SAV
Watsonova 47
040 01 Košice
Slovenská republika
 

Telefón:
+421 55 792 2201
Fax: +421 55 633 62 92
e-mail: sekr@saske.sk

 

Click for Kosice, Slovakia Forecast