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3Dプリントされた超伝導体は、記録的なパフォーマンスを実現します

柔らかい材料が超伝導体の形成を導くことができることを最初に実証してから10年近くで、コーネルの研究者は、記録的な特性を持つ超伝導体を生成するワンステップの3D印刷方法を達成しました。前進、 詳細 Nature Communicationsで8月19日、次の長年の学際的な仕事に基づいています ウルリッヒ・ウィーズナー、材料科学と工学部のスペンサー・T・オリン教授であり、超伝導磁石や量子装置などの技術を改善することができました。 Wiesnerと同僚は、2016年にブロック共重合体を使用した最初の自己組織化超伝導体を報告しました。 2021年までに、グループは、これらの柔らかい材料アプローチが従来の方法と同等の超伝導特性を生成できることを発見しました。コーネルのスケーラブルな「ワンポット」プロセスは、これらのステップの多くをスキップして、3つの異なるスケールで構造を持つ超伝導材料を作成します。原子スケールでは、原子が結晶格子に並んでいます。ブロック共重合体の自己組織化は、メソ構造格子の形成を指示します。 3D印刷は、さまざまな用途向けのコイルやヘリックスなど、巨視的な格子につながります。「これは長い時間でした」と、Wiesnerは言いました。 デザイン技術局。 「このペーパーが示しているのは、これらの複雑な形状を印刷できるだけでなく、メソスケールの閉じ込めにより、以前に達成できなかった材料の特性が得られるということです。」研究の最も顕著な結果は、研究者がニトリド材料を印刷したときに起こりました。ナノ構造の多孔性のおかげで、3Dプリントされた超伝導体は、この化合物の超伝導体についてこれまでに報告された最高の閉じ込め誘導値である40〜50テスラの上部臨界磁場を示しました。このプロパティは、MRIイメージングで使用されるものなど、強力な超伝導磁石で機能するための鍵です。「この超伝導特性を、素材の統合に入る高分子設計パラメーターにマッピングしました。それは誰も以前に示したことのないものです」とWiesner氏は言います。 「このマップは、特定の超伝導体性能を達成するために必要なポリマーモル質量を示しています。この作業は、印刷インクを開発およびテストした大学院生Fei Yuと、異常に小さなブロック共重合体の作業の化学を解決したPaxton Thetfordによって可能になりました。主要な貢献も由来します ブルース・ヴァン・ドーバー、Walter S. Carpenter Jr.材料科学工学部の教授。同様に ソルグルーナー、名誉教授、そして ジュリア・トム・レビー、教授および議長、両方とも芸術科学大学の物理学部。今後、研究者は代替の超伝導化合物を探求したいと考えています。この研究では、この方法は、窒化チタンなどの他の遷移金属化合物や、従来のプロセスで達成が困難な3D構造に適用できることを強調しました。また、多孔質アーキテクチャは、化合物超伝導体の記録的な表面積を生成し、次世代の量子材料を設計するのに価値があることが証明されます。「新しい研究の方向として、新しい特性を備えた超伝導体を簡単に作成できるようにすることを非常に期待しています」とWiesner氏は言います。 「コーネルは、化学者、物理学者、材料科学者を集めてこの分野を前進させるのにユニークです。この研究は、量子材料に対するソフトマターアプローチにどれだけの可能性があるかを示しています。」この研究は国立科学財団によって支援され、コーネル大学材料研究科学と工学センターによって部分的に可能になりました。また、空軍研究所が後援するコーネル高エネルギーシンクロトロン源のFMBビームラインとともに。Syl Kacapyrは、Cornell Engineeringのマーケティングおよびコミュニケーションのアソシエイトディレクターです。 #3Dプリントされた超伝導体は記録的なパフォーマンスを実現します