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Uma descoberta milagrosa em 1986: Por que o YBCO pode superconduzir acima do ponto de ebulição do nitrogênio?
Em 1986, a comunidade científica experimentou um avanço revolucionário, que não só mudou o campo da física, mas também colocou novos desafios ao desenvolvimento da ciência e da tecnologia futuras. O óxido de cobre de braço de neodímio (YBCO) chocou a todos com suas propriedades supercondutoras acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido. A chave para este composto é sua estrutura e composição cristalina únicas, que permitem que a supercondutividade ocorra em temperaturas relativamente altas.
Ciência básica do YBCO
A fórmula química do YBCO é YBa2Cu3O7−x, e a combinação de elementos permite manter a supercondutividade em temperaturas relativamente altas de até 93K. Esta descoberta não só o torna o primeiro material supercondutor acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido, mas também marca uma nova era na exploração de supercondutores de alta temperatura. Ao contrário dos supercondutores tradicionais, muitos dos quais requerem hélio líquido para atingir o seu estado supercondutor, o YBCO abre caminho para uma variedade de aplicações potenciais.
Descubra a história
Em Abril de 1986, os cientistas alemães Georg Bednorz e Karl Müller descobriram pela primeira vez no laboratório da IBM na Suíça que certos óxidos semicondutores podem ser supercondutores a temperaturas relativamente elevadas. Esta descoberta inspirou extensas pesquisas sobre materiais relacionados.
Posteriormente, a equipe de Paul Ching Wu Chu, da Universidade do Alabama, descobriu que o YBCO tem uma temperatura crítica de transição supercondutora de 93K. Este resultado aumentou muito o interesse e a confiança das pessoas nos supercondutores. À medida que este material foi sendo estudado, a comunidade científica começou a explorar as suas aplicações potenciais, e o YBCO rapidamente se tornou uma estrela entre os materiais supercondutores de alta temperatura.
Síntese e estrutura do YBCO
A síntese de YBCO é relativamente simples e geralmente é obtida pelo aquecimento de uma mistura de carbonatos metálicos. Com o avanço da ciência e da tecnologia, a síntese agora utiliza frequentemente óxidos e nitratos para melhorar a pureza e o desempenho. Além do mais, as propriedades supercondutoras do YBCO estão intimamente relacionadas ao seu conteúdo de oxigênio - somente quando o conteúdo de oxigênio estiver dentro de uma certa faixa, o material exibirá supercondutividade.
A estrutura do YBCO é uma estrutura de perovskita defeituosa, na qual o arranjo da camada de CuO2 e das unidades de CuO4 é um fator importante para mostrar a supercondutividade.
A peculiaridade desta estrutura é que a falta de oxigênio afeta sua condutividade elétrica e, portanto, torna o material incapaz de superconduzir. Portanto, controlar a proporção de oxigênio é fundamental para melhorar as propriedades supercondutoras.
Perspectivas de aplicação do YBCO
A potencial aplicação do YBCO no campo da ciência e tecnologia é, sem dúvida, uma das forças motrizes da sua investigação. Por exemplo, materiais supercondutores demonstraram valor em imagens de ressonância magnética, tecnologia de levitação magnética e junções Josephson. No entanto, a YBCO ainda enfrenta vários desafios em aplicações práticas.
Os limites de grão do material YBCO afetam sua densidade de corrente crítica, fazendo com que ele tenha um desempenho ruim na forma policristalina.
Além disso, a fragilidade do YBCO dificulta a fabricação de fios supercondutores. Portanto, através de processos especiais, como a deposição de YBCO em tiras metálicas flexíveis, os cientistas esperam romper essas limitações.
Pensando no futuro
Empresas e pesquisadores líderes globais estão explorando técnicas inovadoras como a deposição química de vapor (CVD) e outros métodos para aumentar a escalabilidade da produção de YBCO. Essas transformações poderiam redefinir sua usabilidade e viabilidade econômica em vários setores.
As mudanças na tecnologia YBCO no futuro parecem imparáveis, impulsionando suas novas aplicações na produção de energia.
À medida que o YBCO continua a ser desenvolvido e aplicado, valerá a pena para a comunidade científica e a indústria superar estes desafios técnicos e, ao mesmo tempo, fazer avanços tecnológicos para alcançar um sistema energético mais eficiente para acolher a nova era energética no futuro. para uma reflexão profunda?
