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Jul 13, 2023

Forscher der japanischen Tokai-Universität fanden einen Raumtemperatur-Supraleiter mit einer kritischen Temperatur nahe dem Schmelzpunkt von Zinn

Forscher der Tokai-Universität haben durch Bringen gewonnene Materialien erstellt

Forscher der Tokai-Universität haben durch den Kontakt von n-Alkanen mit Graphit Materialien geschaffen, die bei Raumtemperatur nahezu ohne Energieverlust Strom leiten können. Sie berichten, dass der plötzliche Widerstandssprung, der einen Phasenübergang anzeigt, in den Materialien während des Erhitzens durch Widerstandsmessung mit zwei Sonden beobachtet wird. Die gemessenen kritischen Temperaturen der Materialien, die aus Graphitfasern auf Pechbasis und n-Alkanen mit 7-16 Kohlenstoffatomen bestehen, liegen zwischen 363,08 und 504,24 K (231 Grad Celsius) und die Übergangsbreiten liegen zwischen 0,15 und 3,01 K. Sie belegen auch, dass Supraleiter mit kritischen Temperaturen jenseits von 504 K (231 Grad Celsius) werden von Alkanen mit 16 oder mehr Kohlenstoffatomen erhalten.

Schmelzpunkte in Celsius

Im Jahr 1986 wurde ein Kuprat-Supraleiter (Ba-La-Cu-O-System) mit einer kritischen Temperatur entdeckt, die über der BCS-Grenze (~30 K) liegt, und dann ein Kuprat-Supraleiter (Y-Ba-Cu-O-System) mit einem Es wurde eine kritische Temperatur von mehr als 77 K entdeckt. Darüber hinaus wurde ein Hg-basiertes Cuprat mit einer kritischen Temperatur von 133 K gefunden. Die 133 K sind immer noch die höchste kritische Temperatur herkömmlicher Supraleiter unter Atmosphärendruck

Sie fanden ein mögliches bei Raumtemperatur supraleitendes Material, das durch den Kontakt von Alkanen mit den Graphitmaterialien erhalten wurde. Wir haben gezeigt, dass der Ringstrom in einem ringförmigen Behälter, in den mit n-Oktan getränkte dünne Graphitflocken gepresst wurden, bei Raumtemperatur 50 Tage lang nicht abfiel, was darauf hindeutet, dass das Material bei Raumtemperatur ohne Energieverlust Strom leiten kann.

Die kritischen Temperaturen dieser Materialien wurden jedoch nicht gemessen. Daher versuchen sie in dieser Studie, die kritische Temperatur des Raumtemperatur-Supraleiters zu messen, der durch den Kontakt von Alkan mit Graphitmaterial entsteht. Da es sich bei dem oben genannten zu messenden Material jedoch um ein inhomogenes Material handelt, kann die Vier-Sonden-Methode nicht auf dessen Widerstandsmessung angewendet werden. Der Grund dafür ist, dass die Möglichkeit besteht, dass der Messstrompfad bei inhomogenen Materialien nicht unbedingt durch einen Spannungsmessanschluss verläuft und daher, selbst wenn die Potentialdifferenz zwischen den beiden Spannungsmessanschlüssen Null wird, dies nicht unbedingt bedeutet, dass der Widerstand wird Null.

Daher führt die Widerstandsmessung mit der Vier-Sonden-Methode für inhomogene Materialien zu Missverständnissen. Der Übergang vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand bzw. vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand geht mit einer abrupten Widerstandsänderung einher. Obwohl das durch die Widerstandsmessung mit der Zwei-Sonden-Methode erhaltene Ergebnis den Kontaktwiderstand einschließt, kann mit der Zwei-Sonden-Methode ein plötzlicher Widerstandssprung bei kritischer Temperatur erkannt werden.

Es wurde bestätigt, dass die Mischung, die durch Inkontaktbringen des Alkans mit dem Graphitmaterial erhalten wird, bei Raumtemperatur nahezu keinen Widerstand aufweist. Wenn die durch Inkontaktbringen von Alkanen mit Graphitmaterial erhaltene Mischung allmählich von Raumtemperatur aus erhitzt wird und die kritische Temperatur erreicht ist, springt der Widerstand der Mischung plötzlich an. In dieser Studie werden die kritischen Temperaturen von Gemischen aus Graphitmaterialien und Alkanen mit der Zwei-Sonden-Methode gemessen.

In dieser Forschung wurde eine Graphitfaser auf Pechbasis als Graphitmaterial verwendet. Die Probe für die Messung der kritischen Temperatur wurde vorbereitet, indem die Graphitfaser in ein Rohr aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gepackt und dann mit einer Spritze Alkan in das Rohr injiziert wurde. Da die Graphitfaser auf Pechbasis spröde ist, zerbricht die Faser beim Verpacken in den PTFE-Schlauch manchmal in Stücke. Daher weist der Widerstand von gepackten Graphitfasern auf Pechbasis vor dem Einspritzen von Alkan in das PTFE-Rohr einen weiten Wertebereich auf.

Mithilfe der Zwei-Sonden-Widerstandsmessungen beobachteten sie einen starken Anstieg des Widerstands der Mischung aus Graphitfasern und Alkanen, die in das PTFE-Rohr eingebracht wurde, während es erhitzt wurde. Diese Beobachtung zeigt, dass in der Mischung aus Graphitfasern und n-Alkan ein Phasenübergang vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand stattfand. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die im PTFE-Schlauch verpackte Mischung aus Graphitfasern und n-Alkan supraleitend bleibt, bis ihr Widerstand schnell ansteigt, und die Temperatur, bei der der Widerstand plötzlich ansteigt, ist die kritische Temperatur. Sie haben festgestellt, dass die auf Pech basierenden Graphitfasern, wenn sie in den PTFE-Schlauch gepackt werden, je nachdem, wie sie in den Schlauch gepackt werden, in Stücke brechen können. Je feiner die Graphitfasern brechen, desto größer ist der Widerstand der Probe vor der Injektion von Alkan in das mit den Graphitfasern gefüllte PTFE-Rohr. Aus der Beziehung zwischen dem Ausmaß der Widerstandsänderung beim Phasenübergang und der kritischen Temperatur stellten sie fest, dass die kritische Temperatur mit zunehmender Feinverteilung der Faser abnimmt. Das heißt, die kritische Temperatur nimmt ab, wenn das Verhältnis der Basisebenenoberfläche zur Kantenebenenoberfläche abnimmt. Diese Tatsache legt nahe, dass die Basisebene eine wichtige Rolle bei der Supraleitung spielt. Darüber hinaus haben wir herausgefunden, dass die kritische Temperatur umso höher ist, je höher die Kohlenstoffzahl des Alkans ist, d. h. je höher der Siedepunkt des Alkans ist. Sie haben gezeigt, dass durch die Verwendung von n-Alkanen mit 16 oder mehr Kohlenstoffatomen Supraleiter mit kritischen Temperaturen über 500 K erhalten werden können.

Brian Wang ist ein futuristischer Vordenker und ein beliebter Wissenschaftsblogger mit 1 Million Lesern pro Monat. Sein Blog Nextbigfuture.com ist der Wissenschafts-News-Blog Nr. 1. Es deckt viele bahnbrechende Technologien und Trends ab, darunter Raumfahrt, Robotik, künstliche Intelligenz, Medizin, Anti-Aging-Biotechnologie und Nanotechnologie.

Er ist dafür bekannt, Spitzentechnologien zu identifizieren und ist derzeit Mitbegründer eines Startups und einer Spendenaktion für vielversprechende Unternehmen im Frühstadium. Er ist Forschungsleiter für Allokationen für tiefgreifende Technologieinvestitionen und Angel Investor bei Space Angels.

Als häufiger Redner bei Unternehmen war er TEDx-Redner, Redner der Singularity University und Gast bei zahlreichen Interviews für Radio und Podcasts. Er ist offen für öffentliche Vorträge und Beratungsaufträge.