3D打印超導(dǎo)時(shí)代即將到來(lái)！？

3D打印在科研上的應(yīng)用近日又出現(xiàn)了突破性進(jìn)展 — 澳洲墨爾本大學(xué)宣布他們成功通過(guò)3D打印技術(shù)制造出了兩個(gè)超導(dǎo)鋁微波諧振腔，而經(jīng)過(guò)測(cè)試，它們成功表現(xiàn)出了足以媲美現(xiàn)有傳統(tǒng)諧振腔的超導(dǎo)特性。

研究的領(lǐng)導(dǎo)者Daniel L. Creedon博士表示，這項(xiàng)成果對(duì)于科學(xué)研究來(lái)說(shuō)具有重大意義，因?yàn)槲⒉ㄖC振腔是一種非常重要的科研工具。它能儲(chǔ)存微波的能量，通過(guò)與腔面材料的電子相互作用產(chǎn)生共鳴，從而用于加速粒子加速器中的帶電粒子，探測(cè)它們的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量光速等。

但這種工具對(duì)精度的要求非常高，如果使用傳統(tǒng)工藝制造不但成本很高，而且很費(fèi)時(shí)間。不過(guò)，此次3D打印版本的成功卻表明，這個(gè)痛點(diǎn)是可以解決的。

微波諧振腔的數(shù)字3D模型

據(jù)南極熊了解，Creedon團(tuán)隊(duì)此次采用的方法則是常規(guī)的金屬3D打印技術(shù) — 選擇性激光燒結(jié)（SLS），具體來(lái)說(shuō)就是通過(guò)激光燒結(jié)鋁合金粉末，然后逐層堆積直至最終成型。至于所用的粉末則是Al-12Si而非傳統(tǒng)的Al-6061。比起后者，這種鋁合金的硅含量更高（12%對(duì)0.8%），而鐵、銅和鎂的含量都更低。

在測(cè)試中，Creedon團(tuán)隊(duì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)用新材料3D打印而成的微波諧振腔在1.2K（-271.95℃，已十分接近絕對(duì)零度）的低溫下表現(xiàn)出了與現(xiàn)有微波諧振腔類似的超導(dǎo)特性。這就意味著它是可以正常使用的。隨后，為了提高性能，他們還對(duì)其中一個(gè)做了低溫退火處理 — 首先對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行拋光，然后加熱至426℃并保持4小時(shí)再冷卻以“驅(qū)趕”出材料中的硅元素。

另外，Creedon團(tuán)隊(duì)還表示，如果使用更純凈的鋁粉末制造，諧振腔的性能會(huì)更好，同時(shí)內(nèi)部形狀更復(fù)雜的諧振腔也能改用3D打印技術(shù)制作以提高性能。
在南極熊小編看來(lái)，這或許意味著一個(gè)嶄新的時(shí)代即將到來(lái)。因?yàn)槌瑢?dǎo)的應(yīng)用價(jià)值非常高，比如利用超導(dǎo)線圈磁體制造的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，其磁場(chǎng)強(qiáng)度可以高到5萬(wàn)～6萬(wàn)高斯，并且?guī)缀鯖](méi)有能量損失，單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高5～10倍，達(dá)1萬(wàn)兆瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50%。還有就是超導(dǎo)電線或超導(dǎo)變壓器，可以幾乎無(wú)損耗的傳輸電能。要知道用銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能會(huì)損耗在輸電線路上。僅僅在中國(guó)，如此損失的電力每年就有1000多億度。如果超導(dǎo)輸電能實(shí)現(xiàn)，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。

不過(guò)超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā)和制造都非常昂貴，而且它們往往必須在很低的溫度下才能表現(xiàn)出超導(dǎo)特性。所以，此次3D打印超導(dǎo)體的成功或許能成為一種全新的研究方法，或是一種降低制造成本的新途徑。

延伸閱讀：《墨爾本研究人員使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)“軟骨”》

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