Pesquisadores do Instituto de Física Moderna, da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Huizhou fizeram progressos significativos na compreensão de como os materiais supercondutores de alta temperatura (HTS) se comportam quando unidos por soldagem. Conhecidos como condutores revestidos com óxido de cobre e bário de terras raras, esses materiais HTS podem transportar grandes quantidades de corrente com baixa perda de energia, mesmo em campos magnéticos fortes. Contudo, para projetos de grande escala, como cabos elétricos ou equipamentos científicos, muitas peças deste material devem ser unidas. O estudo, publicado na revista Materials, examina como essas juntas soldadas se comportam sob propriedades eletromecânicas e comportamento mecânico.
Uma equipe liderada pelo professor Mingzhi Guan, junto com Zhiming Chen, investigou como o comprimento da junta de solda e a espessura do material de solda afetam sua resistência e desempenho. “Compreender como funcionam essas juntas é fundamental para tornar os supercondutores mais duráveis e eficientes em aplicações práticas”, disse o professor Kwan.
Para conduzir o estudo, os pesquisadores usaram um modelo computacional detalhado que simula como essas articulações se comportam em situações do mundo real. O modelo permitiu-lhes analisar como diferentes camadas do material de terras raras, óxido de bário-cobre e solda responderam ao estresse. Usar uma junta estreita com solda mais fina tornou a junta mais robusta, reduzindo o estresse em áreas onde os danos normalmente começariam. “Uma das nossas principais descobertas é que juntas mais curtas com menos solda podem ajudar a prevenir falhas precoces”, explicou o professor Kwan.
O estudo identificou que as bordas das juntas soldadas são particularmente vulneráveis. O estresse se concentra nesses pontos, fazendo com que eles quebrem ou quebrem. Os pesquisadores descobriram que, ao encurtar a superfície e usar uma solda mais fina, a tensão foi distribuída de maneira mais uniforme, reduzindo o risco de danos precoces. Isto é importante porque quando a junta está sob alta pressão, ela perde a capacidade de transportar corrente elevada, o que é um fator chave para materiais supercondutores.
Os pesquisadores também compararam as duas formas mais comuns de criar essas articulações: face a face e costas com costas. Embora o método face a face seja frequentemente preferido devido à resistência elétrica reduzida, a configuração de costas para os lados mostrou-se mais forte no tratamento do estresse corporal. Embora a abordagem presencial seja melhor para a transmissão de eletricidade da junta, o método back-to-back pode aumentar sua durabilidade. “Isso abre novas possibilidades para projetar dispositivos supercondutores eficientes e duradouros”, disse o professor Guan.
Estas descobertas têm implicações práticas para as indústrias que utilizam supercondutores em tecnologias avançadas. Condutores revestidos com óxido de cobre e bário de terras raras são cada vez mais usados em aplicações como armazenamento de energia magnética, máquinas de ressonância magnética e cabos de alta potência, todos os quais requerem longos comprimentos de material. Como as fitas usadas para esses supercondutores não são suficientemente longas, elas devem ser unidas, criando pontos fracos. “Nossa pesquisa fornece um guia para projetar juntas fortes e confiáveis que podem prolongar a vida útil de dispositivos supercondutores”, acrescentou o professor Guan.
Concluindo, a pesquisa do professor Kwan e colegas fornece um método para prever o desempenho dessas articulações em condições do mundo real. Os resultados sugerem que a confiabilidade e o desempenho dos sistemas supercondutores podem ser bastante melhorados usando juntas mais curtas, solda mais fina e considerando o método de retorno pelo lado traseiro. O estudo representa um passo importante para tornar os supercondutores de alta temperatura mais práticos para uso generalizado em uma variedade de indústrias que dependem de tecnologia de ponta.
Nota de diário
Liao, T., Wang, W., Chen, Z. e Guan, M. (2024). “Estudo Numérico do Comportamento Mecânico e Propriedades Eletromecânicas de Condutores Revestidos com Repco Soldados.” Materiais, 17(2517). DOI: https://doi.org/10.3390/ma17112517
Sobre o autor
Minchi Guan É pesquisador do Instituto de Física Moderna, CAS. Ele é um talento chave no Melhor Programa Juvenil, CAS e na Província de Gansu. O professor Guan recebeu seu doutorado pela Universidade de Lanzhou em 2012. Ele estava conduzindo sua pesquisa como pesquisador visitante sênior no MIT nos EUA e na Universidade de Strathclyde no Reino Unido.
Ele se concentrou em dinâmica acoplada multicampo e dinâmica supercondutora sob condições extremas. Sua pesquisa resultou em mais de 80 artigos acadêmicos publicados (três dos quais receberam prêmios de Melhor Artigo e Artigos Distintos de periódicos internacionais), mais de 10 patentes de invenção nacionais (quatro das quais foram comercializadas com sucesso). Ele desenvolveu um dispositivo de medição e controle de mecânica supercondutora de fundo completo, cuja versão foi disponibilizada para sete instituições de pesquisa. Ele recebeu vários prêmios de prestígio, incluindo Primeiros Prêmios em Inovação Tecnológica do MoE (2019), Segundo Prêmio em Avanço Tecnológico da Sociedade Eletrotécnica da China (2021), Segundo Prêmio em Inovação Tecnológica (2024) Follow Science Award da Western Youth Association da Academia Chinesa de Ciências, Pequim.
