Des trains de lévitation magnétique ultra-rapides et des puces informatiques aux machines d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et aux accélérateurs de particules, les supraconducteurs électrisent divers aspects de nos vies. La supraconductivité est une propriété intéressante qui permet aux matériaux en mouvement de transférer des charges sans aucune résistance, en dessous d’un certain point critique. Cela signifie que les matériaux supraconducteurs peuvent transférer très efficacement l’énergie électrique sans perte sous forme de chaleur, contrairement à de nombreux conducteurs conventionnels.
Il y a près de deux décennies, les scientifiques ont découvert la supraconductivité dans un nouveau matériau : le diborure de magnésium ou MgB2. La popularité de MgB2 a augmenté en raison de son faible coût, de ses capacités supraconductrices supérieures, de sa densité de courant critique élevée (ce qui signifie que MgB2 reste un semi-conducteur par rapport à d’autres matériaux, même lorsque de plus grandes quantités de courant électrique le traversent) et des champs magnétiques piégés qui en résultent. sont de fort blocage des tourbillons – ce sont des boucles de courant cylindriques ou des tubes de flux magnétique qui pénètrent dans un supraconducteur. L’intermétallique MgB2 permet également de modifier ses propriétés. Ainsi, les valeurs critiques de densité de courant (Jc) de MgB2 peuvent être améliorées en diminuant la taille des grains et en augmentant le nombre de joints de grains. Une telle accordabilité n’est pas observée dans les supraconducteurs en couches conventionnels.
Cependant, pour étendre les applications de MgB2, il est nécessaire de simplifier la méthode de préparation. Récemment, une équipe de chercheurs s’est lancée dans un voyage pour y parvenir. Ils ont fabriqué un nouveau MgB2 en vrac grâce à un processus appelé frittage au plasma par étincelle (SPS). Dans leur récent article, publié pour la première fois le 27 juillet 2022 dans Nanomaterials, le professeur Muralidhar Miryala du Shibaura Institute of Technology (SIT), au Japon, qui a dirigé le groupe, explique que « Spark Plasma Sintering (SPS) est une technique très intéressante est – c’est une méthode de consolidation rapide, dans laquelle la poudre est convertie en un solide.La source de chaleur dans cette procédure n’est pas externe, mais est un courant électrique traversant la matrice, provoquant le frittage de la poudre en un matériau en vrac. mieux compris et contrôlé avec le SPS Contrairement à d’autres techniques similaires, il aide à contrôler la croissance des grains et a également un temps de traitement plus court !
Le professeur Miryala et le professeur Jacques G. Noudem (de l’Université de Normandie, France) avaient utilisé cette méthode non conventionnelle pour préparer des échantillons en vrac de MgB2. Le matériau résultant avait d’excellentes propriétés supraconductrices et une densité atteignant 95% de ce qui était théoriquement attendu pour le matériau. L’équipe d’étude comprenait le professeur Pierre Bernstein et Yiteng Xing, titulaire d’un doctorat à double diplôme. étudiant au SIT et à l’Université de Normandie.
Pour synthétiser le MgB2 en vrac, l’équipe a chargé deux poudres – magnésium et bore amorphe – dans un moule en carbure de tungstène (WC) et les a frittées avec du SPS à des températures variables de 500 à 750°C et à une pression de 260 à 300 mégapascals (MPa) . , puis refroidit le matériau moulé. Le temps de traitement total était d’environ 100 minutes. L’équipe a ensuite analysé la densité et les propriétés structurelles du matériau préparé à l’aide de diverses méthodes d’imagerie et de test.
Leurs expériences ont montré que le matériau avait une densité très élevée de 2,46 g/cm3 et un facteur de tassement élevé de 95 % (indiquant que les atomes dans le matériau en vrac étaient très proches les uns des autres). Elle a également montré la présence de nanograins et un grand nombre de joints de grains. De plus, il n’a pas montré de phases appauvries en Mg comme MgB4. La caractérisation électromagnétique du matériau a montré qu’il présentait un J extrêmement élevé allant jusqu’à 6,75 105 ampères/cm2 à environ -253°C. Cela signifie que même à une densité de courant aussi élevée, le MgB2 en vrac créé par l’équipe agirait comme un supraconducteur. « C’est Jc était assez remarquable pour le MgB2 pur et non dopé », a noté le professeur Miryala.
Curieux de savoir comment le matériau présentait d’excellentes propriétés, l’équipe a creusé plus profondément. Ils ont conclu que les propriétés supraconductrices du MgB2 préparé étaient dues à sa haute densité, à son excellente connectivité de grains (due à l’absence de phases appauvries en Mg) et à un fort accrochage vortex dû à la présence de nanograins et de joints de grains.
Cette étude a offert une nouvelle façon d’améliorer les propriétés des matériaux supraconducteurs tels que MgB2. Compte tenu du J élevé de ce matériauc, il peut être utilisé dans la technologie refroidie à l’hydrogène liquide. Il semble également être un candidat prometteur pour le transport, le stockage et les systèmes de carburant de l’hydrogène liquide. « Le réchauffement climatique est l’une des plus grandes menaces auxquelles l’humanité est confrontée aujourd’hui et le passage à une économie énergétique durable est l’une des solutions les plus efficaces à ce problème. Compte tenu de l’utilisation potentielle du matériau dans les systèmes à hydrogène liquide et de ses excellentes propriétés structurelles et supraconductrices, notre travail est une étape positive vers la réalisation d’une technologie plus verte », conclut le professeur Miryala.
Matériel fourni par Shibaura Institute of Technology. Remarque : Le style et la longueur du contenu sont modifiables.