Rekordteljesítményre képes az egylépéses 3D-nyomtatással készült szupravezető

Az amerikai Cornell Egyetem kutatói kifejlesztettek egy új eljárást, amely egyszerűsíti a gyártást, miközben erősebb tulajdonságokkal ruházza fel az anyagot. A módszerrel akár MRI-berendezésekben használt mágneseket is lehet fejleszteni – osztották meg közleményben a tudósok.

Közel egy évtizeddel azután, hogy bebizonyították: a lágy anyagok képesek irányítani a szupravezetők kialakulását, a Cornell Egyetem tudósai létrehoztak egy egyetlen lépésből álló 3D-nyomtatási módszert, amellyel rekordtulajdonságokkal rendelkező szupravezetőket lehet létrehozni.

A Nature Communicationsben közölt tanulmány több év interdiszciplináris kutatására épül, és a módszer feljavíthat olyan technológiákat, mint a szupravezető mágnesek és a kvantumeszközök.

A mostani kutatásban a csapat olyan „kopolimer–szervetlen nanorészecske tintát” használt, amely a 3D-nyomtatás közben képes az önszerveződésre. A hőkezelések porózus, kristályos szupravezetővé alakították az anyagot. Ez a megközelítés eltér a megszokott 3D-nyomtatási módszerektől.

A Cornell skálázható folyamata kihagy több lépést, és három különböző méretszinten hoz létre szupravezető anyagokat. Az első, atomi szinten az atomok kristályrácsot alkotnak, a másodikon a blokk-kopolimer önszerveződés mezoszerkezetű rácsokat hoz létre, míg a harmadikon a 3D-nyomtatás makroszkopikus rácsokat, például tekercseket vagy spirálokat formál.

A legfigyelemreméltóbb eredményt akkor érték el, amikor nióbium-nitrid anyagot nyomtattak. A nanostrukturált porozitásnak köszönhetően a 3D-nyomtatott szupravezető 40–50 teslás mágneses mezőt mutatott, ami a legmagasabb eddig jelentett érték ebben a vegyülettípusú szupravezetőben. Ez a tulajdonság kulcsfontosságú például az MRI-készülékekben használt erős szupravezető mágnesekben.

A kutatók a jövőben további szupravezető vegyületeket szeretnének bevonni a vizsgálatokba. A tanulmány hangsúlyozza is, hogy a módszert más átmenetifém-vegyületekre, például titán-nitridre, valamint olyan 3D-szerkezetekre is lehet alkalmazni, amelyek előállítása a hagyományos eljárásokkal nehézkes. A porózus szerkezet rekordméretű felületet biztosít a vegyület-szupravezetők számára, ami értékes lehet a következő generációs kvantumanyagok tervezésénél – állapítja meg az egyetem közleménye.

Gábor János, NEW technology