As fitas supercondutoras de alta temperatura ganharam um "esqueleto" mais barato e mais resistente. A equipe de pesquisa do Instituto de Tecnologia Física e Química da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu com sucesso um novo "esqueleto" para fitas supercondutoras de alta temperatura — o substrato de liga à base de ferro (DW01). Os principais indicadores de desempenho das fitas supercondutoras preparadas com esse substrato são significativamente superiores aos produtos tradicionais de substrato de liga Hastelloy, marcando um passo importante da China em direção à autonomia controlável dos materiais centrais das fitas supercondutoras de alta temperatura.
A fita supercondutora de alta temperatura é um material avançado que pode conduzir eletricidade quase sem resistência sob grandes correntes e campos magnéticos intensos, sendo utilizada principalmente em áreas como fusão nuclear controlada, energia supercondutora e aceleradores supercondutores. Ela se parece com uma fina fita metálica, mas, na verdade, contém várias camadas sobrepostas em seu interior. A camada supercondutora que realmente conduz eletricidade é muito fina, e abaixo dela deve haver uma "base" resistente e durável, ou seja, o substrato. Esse substrato funciona como o esqueleto do corpo humano, precisando suportar dobras, estiramentos e mudanças bruscas de temperatura.
Nas últimas décadas, esse "esqueleto" foi quase inteiramente feito de liga Hastelloy (C276). Mais da metade dessa liga é composta por níquel, que é caro, além de metais raros como molibdênio, tungstênio e cobalto. O ferro barato representa apenas cinco por cento, o que mantém o custo da matéria-prima sempre elevado. Mais importante ainda, esse material já é usado há quase 30 anos, restando pouco espaço para melhorias de desempenho.
Para resolver esse problema, a equipe dos pesquisadores Li Laifeng e Shi Li, do Instituto de Tecnologia Física e Química da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento Técnico da Shougang e a Beijing Beiye New Materials Company, partiu das ligas à base de ferro e, após mais de 3 anos, desenvolveu o substrato DW01, cujo principal componente é o ferro comum. O custo da matéria-prima é apenas um quarto do do substrato C276.
Substrato de liga à base de ferro para fita supercondutora de alta temperatura de segunda geração
Não basta ser barato; o essencial é o desempenho. Em maio deste ano, a Shanghai Superconducting Technology Co., Ltd. preparou com sucesso uma fita supercondutora de nível comercial usando o substrato DW01. Os testes mostraram que, em um ambiente a 196 graus Celsius negativos e sob campo zero, a corrente crítica da fita prateada de 12 milímetros de largura atingiu 647 amperes. Ao esticar a fita em 0,6%, a corrente crítica da fita com substrato DW01 caiu menos de 10%; já a corrente crítica da fita com substrato C276 caiu mais de 50%. "Isso mostra que o novo 'esqueleto' é mais durável e não danifica facilmente a camada supercondutora ao dobrar ou sob tensão", disse Li Laifeng.
Além disso, as propriedades magnéticas e de resistência elétrica do substrato DW01 também são superiores às do substrato C276, o que ajuda a reduzir as perdas de energia durante o uso. A equipe já solicitou 6 patentes de invenção relacionadas à composição e ao método de fabricação do substrato DW01. Atualmente, indicadores-chave como precisão de espessura e qualidade superficial do substrato DW01 já atingiram os padrões de fornecimento, atendendo aos requisitos da produção industrial.
Especialistas do setor acreditam que o substrato DW01 não apenas abre um novo caminho para a nacionalização das fitas supercondutoras de alta temperatura, mas também, com seu excelente desempenho em alto campo e sua significativa vantagem de custo, fornece um forte suporte para a China conquistar uma posição de destaque na competição global da indústria supercondutora.