کاشان: ساخت نانومیله‌های ابررسانای دما بالا

از زمان کشف ابررساناهای دما بالا تا کنون، مطالعات وسیعی برای کشف و تولید این مواد با روش‌های مختلف صورت گرفته است. مسأله‌ی مهم در ابررساناها، دمای بحرانی پایین آن‌ها است. دمای بحرانی، دمایی است که در آن مقاومت الکتریکی ماده صفر شده و خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا کند. یعنی میدان مغناطیسی را از درون خود می‌راند. بر اساس گزارش‌ها، کاهش ابعاد ذرات تا حد طول همدوسی ماده تأثیرات شگفت انگیزی بر دمای بحرانی، چگالی جریان بحرانی و… دارد. از این‌رو، هدف عمده‌ی این تحقیقات، گسترش روشی بود که علاوه‌بر قابلیت استفاده در صنعت و هزینه‌ی پایین، قادر به تولید نانوذرات ابررسانا بدون کاهش قابل توجه دمای بحرانی باشد.
در این تحقیقات از روش ارزان، راحت و شناخته شده‌ی سل ـ ژل استفاده شده است. در نتیجه این روش، نانومیله‌های تولید شده دارای دمای بحرانی نزدیک به دمای بحرانی خود ماده درحالت توده است که مزیتی بزرگ برای محصول تولید شده به شمار می‌رود. همچنین مشاهدات نشان از یک دست بودن شکل این نانومیله‌ها دارد. از طرفی می توان با کنترل مقدار عامل سطحی، شکل و اندازه نانومیله‌ها را تنظیم کرد.
محبوبه کارگر، کارشناس ارشد نانوفیزیک از دانشگاه کاشان، در مورد مراحل انجام پژوهش گفت: «در این تحقیقات از روش سل ـ ژل استفاده شد. از نیترات‌های مواد اولیه و از بنزن تری کربوکسیلیک اسید به عنوان عامل سطحی (برای اولین بار) و پروپلین گیلیکول به عنوان حلال به نسبت لازم استفاده شد. مواد با هم مخلوط و بر روی یک همزن مغناطیسی قرار گرفت تا آب درون مواد تبخیر و ماده‌ای ژل مانند تشکیل شود. با حرارت دهی بیشتر، احتراق خود به خودی صورت گرفت و مواد به صورت پودر در آمد. پودر حاصل، آسیاب شده و در داخل کوره با نرخ گرمادهی مناسب، پخت شد تا فاز ابررسانای خالص تشکیل گردد. بررسی نسبت‌های متفاوت از بنزن تری کربوکسیلیک اسید نشان می‌دهد که تغییر این پارامتر سبب تغییر ساختار ذرات می‌شود؛ به گونه‌ای که موفق به تهیه‌ی نانو میله‌ی ابررسانای -x7O3Cu2HoBa شدیم.»

یکی از برتری‌های این تحقیقات استفاده از غلظت مناسب بنزن تری کربوکسیلیک اسید به عنوان یک عامل سطحی مؤثر بود که منجر به رشد ترجیحی دانه‌ها در راستای محور خاص و تولید نانومیله‌ها شد. همچنین حضور عامل سطحی باعث ایجاد ازدحام فضایی می‌شود و از کلوخه شدن ذرات و به هم چسبیدن آن‌ها ممانعت می‌کند. تولید ذرات ریز، همگن و یکنواخت با زاویه‌ی کوچک مرز دانه‌ها و همچنین رشد دانه‌ها در راستای ترجیحی، باعث پایداری ابررسانایی، نظم شار و بهبود خواص ابررسانایی می‌شود.
مواد ابررسانا دارای مقاومت الکتریکی صفر هستند، به همین علت می‌توانند جریان‌های الکتریکی بالایی را بدون اتلاف و تولید گرما منتقل کنند. استفاده از کابل‌ها و سیم‌های ابررسانا با دمای بحرانی بالا به ویژه گروه اکسیدی (REBa2Cu3O7-x) در مقایسه با سیم‌های متداول، منجر به صرفه‌جویی زیادی در توان و هزینه‌ی مصرف شده خواهد شد. به علاوه مواد ابررسانا به عنوان آهن‌رباهای قوی و دائمی کاربرد وسیعی دارند. ابررساناهای نانومقیاس نیز در ابزارهایی چون ترانزیستورهای ابررسانا، نانو‌ابررایانه‌ها و در الکترونیک فوق سریع و کم مصرف، سودمند خواهند بود.
نتایج این تحقیقات که با تلاش محبوبه کارگر و همکارانش صورت گرفته است، در مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۰، شماره ۷، بخش B، آگوست سال ۲۰۱۴، صفحات ۱۱۱۰۹ تا ۱۱۱۱۴) منتشر شده است.