L’importanza dei superconduttori ad alta temperatura
I materiali superconduttori sono fondamentali in molte tecnologie, dalla risonanza magnetica ai treni a levitazione magnetica. Tuttavia, la fragilità dei superconduttori ceramici ad alta temperatura ne limita l’uso in applicazioni più complesse. Un gruppo di ricerca guidato da David Dunand della McCormick School of Engineering ha sviluppato una tecnica di stampa 3D che permette di migliorare la resistenza meccanica e ottimizzare le prestazioni di questi materiali.
Una nuova tecnica di produzione additiva
I superconduttori ceramici, in particolare l’ossido di rame-bario-ittrio (YBCO), hanno il vantaggio di poter operare con azoto liquido, risultando più economici e semplici da utilizzare rispetto ai superconduttori metallici a bassa temperatura. Tuttavia, la loro fragilità ha reso difficile la creazione di geometrie complesse. Il team di Dunand, in collaborazione con il Fermilab, ha sviluppato un metodo basato sulla stampa 3D per realizzare strutture ottimizzate, mantenendo le proprietà elettriche e termiche del materiale.
Come funziona il processo di stampa 3D
La tecnica prevede l’uso di un inchiostro a base di polvere di YBCO, che viene estruso attraverso una siringa per creare microstrutture dettagliate. Queste vengono successivamente trasformate in strutture monocristalline mediante un processo di crescita per fusione. Questo approccio elimina i bordi dei grani, migliorando la capacità di conduzione della corrente.
Dingchang Zhang, ex dottorando alla Northwestern University e attualmente ricercatore post-dottorato presso l’Università della California, Berkeley, ha spiegato: “Siamo riusciti a produrre cristalli singoli all’interno di un blocco di materiale e abbiamo dimostrato che lo stesso metodo può essere applicato alla stampa 3D. Questo ci consente di realizzare forme complesse, come bobine ad anello, mantenendo un singolo seme cristallino. Durante il processo, le parti stampate si fondono parzialmente e si trasformano in monocristalli senza perdere la forma originale.”
Applicazioni nei magneti superconduttori
“Al Fermilab stiamo sviluppando magneti superconduttori di nuova generazione che guideranno esperimenti scientifici nei prossimi decenni”, ha affermato Cristian Boffo, responsabile del progetto PIP-II. “Questa tecnologia permetterà la realizzazione di progetti che prima non erano possibili, ampliando il nostro potenziale di ricerca.”
Il Fermilab sta lavorando su una nuova generazione di magneti superconduttori, e questa tecnica potrebbe migliorarne ulteriormente le prestazioni. Nel lungo termine, il metodo sviluppato potrebbe essere applicato anche ad altri superconduttori ceramici con temperature di esercizio più elevate, aprendo nuove possibilità per applicazioni scientifiche e industriali.
