V SAV vyvinuli najľahší supravodivý kábel na svete
Vedcom z Elektrotechnického ústavu SAV a Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV sa podarilo vyvinúť technológiu pre produkciu doposiaľ najľahšieho supravodivého kábla na svete. Supravodivý efekt je možné využiť v mnohých aplikáciách, pričom v niektorých z nich ako napríklad v kozmickom, leteckom a energetickom priemysle je z viacerých dôvodov potrebná nízka celková hmotnosť zariadení so supravodičom. Nízka hmotnosť supravodiča v takýchto aplikáciách vedie k vyššej energetickej efektivite, nižšej spotrebe energie, k vyšším rýchlostiam a zrýchleniam pohybujúcich sa zariadení. Supravodivý drôt s nízkou hmotnosťou tak môže znamenať prelom vo vývoji ľahkých generátorov pre veterné turbíny umiestňované v pobrežných vodách morí, v supravodivých levitačných pohonoch, v kozmickom programe by raz mohol aktívne tieniť ľudskú posádku pred kozmickým žiarením.
„Supravodič je materiál, ktorý pri nízkych teplotách vykazuje nulový elektrický odpor, a teda predstavuje dokonalý vodič schopný prenášať obrovské prúdy. Táto vlastnosť sa využíva napríklad pri konštrukcii supravodivých cievok schopných vytvárať extrémne silné magnetické polia nevyhnutné pre fungovanie magnetickej rezonancie pre detailnú diagnostiku v medicíne (MRI),“ vysvetľuje Ing. Pavol Kováč, DrSc. z Elektrotechnického ústavu SAV.
História supravodivosti siaha až do obdobia spred sto rokov - prvý supravodič bol objavený a popísaný v roku 1911. Odvtedy vedci objavili množstvo supravodivých materiálov, no existuje len niekoľko takých, ktoré sa dajú pripraviť vo forme dlhých drôtov použiteľných pre vinutia supravodivých cievok. Najnovším spomedzi týchto materiálov je borid horečnatý MgB2, objavený v roku 2001. Supravodivým sa stáva pri teplotách nižších ako 40 K (-233 °C) a je doteraz aj najľahšou supravodivou fázou s mernou hmotnosťou iba 2.5 g/cm3.
Supravodivý drôt je zložený zo supravodivého jadra obaleného kovovým plášťom, ktorý tvorí hlavnú časť hmoty drôtu. Medzi plášťom a jadrom je tenká kovová medzivrstva, zabraňujúca reakcii oboch materiálov počas tvárnenia a tepelného spracovania drôtu. Avšak súčasné technické prevedenia supravodičov na báze MgB2 využívajú materiál plášťu z kovov s vysokou hustotou typicky na báze medi (Cu). V supravodičiarskych a kryogénnych aplikáciách, kde je žiadúca redukcia hmotnosti rotačných a pohybujúcich sa častí, existuje dlhodobá snaha o náhradu Cu plášťa riešením na báze hliníka (Al). Avšak použitie plášťa na báze konvenčných hliníkových materiálov na prípravu kvalitného MgB2 supravodivého drôtu nie je technologicky možné.
„Vyvinuli sme nový typ ultraľahkého supravodivého drôtu s MgB2 jadrom, tenkou titánovou medzivrstvou a plášťom zo špeciálneho kompozitného hliníka (Al), nazývaný HITEMAL®. Je ultra-jemnozrnný Al efektívne stabilizovaný nano-časticami oxidu hlinitého (Al2O3), pripravený práškovou metalurgiou. HITEMAL® spĺňa náročné a protichodné požiadavky, keďže technologicky po prvý raz umožňuje výrobu ultraľahkých tenkých supravodičových drôtov s MgB2 jadrom, a zároveň poskytuje vhodné mechanické, elektrické a tepelné vlastnosti potrebné pri prevádzke supravodivého drôtu. To všetko pri nízkych výrobných nákladoch. Takto pripravené drôty už boli úspešne využité na vinutia cievok elektrických strojov a testované pri nízkych teplotách,“ povedal Ing. Martin Balog, PhD. z Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV.
HITEMAL® je ochranná značka registrovaná Ústavom materiálov a mechaniky strojov SAV. Na inovatívnu technológiu nového ultraľahkého supravodiča je podaná prioritná národná (SK) patentová prihláška PP 50037-2017 a medzinárodná PCT prihláška PCT/IB2018/053540. Taktiež sú intenzívne realizované aktivity za účelom komerčného uplatnenia tohto jedinečného riešenia. (mh)