VedecEugen Seiler
Názov projektuPinning v komerčných coated vodičoch
Hostiteľská organizáciaElektrotechnický ústav SAV
Dĺžka projektu01.01.2016 - 31.12.2018

Abstrakt
Projekt bude skúmať pinningové mechanizmy v komerčných ReBCO coated vodičoch od rôznych priemyselných výrobcov. Rôzne výrobné procesy vnášajú do funkčnej supravodivej vrstvy rôzne druhy pinningových centier v dôsledku čoho možno pri týchto vodičoch pozorovať odlišné zastúpenie jednotlivých typov pinningových centier, navzájom sa líšiacich závislosťou efektivity záchytu toku na teplote a magnetickom poli. V projekte bude hlavný dôraz kladený na oblasti teplôt a magnetických polí zaujímavých pre aplikácie na poli elektrických strojov (elektrické motory, generátory, transformátory, atď.) – teploty 65 K až 77 K a polia 0 až 5 T.Cieľom je zistiť ktorý z mechanizmov je najefektívnejší v tejto oblasti teplôt a polí a vypracovať experimentálne metodiky na jeho charakterizáciu a klasifikáciu. Závislosť kritickej prúdovej hustoty a pinningovej aktivačnej energie na teplote a aplikovanom magnetickom poli bude charakterizovaná experimentálne pre všetky študované ReBCO coated vodiče. V prvej fáze prebehne charakterizácia v širokom rozsahu dostupných teplôt (4,2 K až 77 K) a aplikovaných polí (0 až 14 T), v druhej fáze bude štúdium sústredené na oblasť perspektívnu pre elektrické stroje. Výsledky meraní budú porovnané s predpoveďami dostupných pinningových modelov s cieľom určiť a rozlíšiť rôzne pinningové mechanizmy. Súčasťou projektu sú experimenty spoločne s aplikáciou a rozvojom teoretických modelov. Hlavnými meracími technikami budú merania magnetizačných slučiek a magnetickej relaxácie vo vibračnom magnetometri (VSM), spoločne s transportnými meraniami prúdovo-napäťových charakteristík pri rôznych orientáciách aplikovaného magnetického poľa.

Zhrnutie projektu s priebežnými výsledkami

Supravodiče sú materiály schopné prenášať elektrický prúd bez strát, avšak iba malá podskupina supravodivých materiálov – supravodiče druhého typu s pinningom – je schopná prenášať prakticky významné elektrické prúdy. Magnetické pole preniká do týchto materiálov vo forme tokotrubíc (magnetických vírov) a účinné blokovanie pohybu tokotrubíc v objeme supravodiča, najčastejšie na najrôznejších nedokonalostiach a poruchách kryštálovej mriežky, sa nazýva záchytom magnetického toku alebo pinningom.

Technické vodiče z vysokoteplotných supravodičov, vychádzajúce z materiálu YBa2Cu3Ox (YBCO), sa stali v poslednom čase dostupnými v dostatočných dĺžkach od viacerých svetových výrobcov. Tieto páskové vodiče sa, zjednodušene popísané, skladajú z kovovej nosnej pásky na ktorej je nanesená tenká vrstva supravodivého materiálu a označujú sa ako coated vodiče či coated pásky. Náplňou projektu je skúmanie pinningových mechanizmov v komerčne dostupných coated vodičoch od rôznych priemyselných výrobcov, používajúcich rôzne metódy nanášania vrstiev a ďalšie výrobné procesy, z čoho potom plynú rôzne štruktúrne a supravodivé vlastnosti výsledných vodičov.

Prvá časť projektu bola zameraná na určenie a analýzu závislosti kritickej prúdovej hustoty od magnetického poľa a teploty Jc(B,T). Skúmané boli coated vodiče od výrobcov: SuNAM Co., Ltd. (Kórea), spoločnosť SuperOx (Rusko), Fujikura Ltd. (Japonsko) and Superpower Inc. (USA; 2 vodiče). Kritická prúdová hustota bola skúmaná pomocou magnetizačných meraní vo vibračnom magnetometri (VSM) a pomocou transportných meraní, v oboch prípadoch v magnetickom poli aplikovanom kolmo na plochú stranu coated vodiča. VSM merania boli vykonané v širokom rozsahu teplôt (5 K – 77 K) so zameraním sa na interval teplôt 60 K – 77 K zaujímavých pre aplikácie v oblasti elektrických strojov. Transportné merania Jc boli vykonané na vzorkách coated vodičov ponorených v podchladenom kúpeli kvapalného dusíka pri teplotách od 65 K do 77 K. Výsledky magnetizačných a transportných meraní spolu veľmi dobre súhlasia. Analýzou závislosti kritickej prúdovej hustoty na magnetickom poli v širokom rozsahu teplôt bolo zistené, že pre všetky skúmané coated vodiče je možné experimentálne závislosti veľmi dobre popísať pomocou mocninnej funkcie plynúcej z viacerých teoretických modelov. Pre coated vodiče výrobcov Superox, Sunam a Fujikura sú charakteristické exponenty v približnom súhlase s predpoveďami modelov silného pinningu na veľkých roztrúsených defektoch. V prípade oboch vodičov od Superpower nie sú charakteristické exponenty, najmä pri vyšších teplotách, v súlade s týmito predpoveďami, čo naznačuje pôsobenie iného pinningového mechanizmu.