Magnezyum diborür - Magnesium diboride
|
|
|
|
| tanımlayıcılar | |
|---|---|
|
3B model ( JSmol )
|
|
| Kimyasal Örümcek | |
| ECHA Bilgi Kartı |
100.031.352 
|
| AT Numarası | |
|
PubChem Müşteri Kimliği
|
|
|
CompTox Panosu ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Özellikler | |
| MgB 2 | |
| Molar kütle | 45.93 g/mol |
| Yoğunluk | 2.57 g / cc 3. |
| Erime noktası | 830 °C (1,530 °F; 1100 K) (çözünür) |
| Yapı | |
| Altıgen, hP3 | |
| P6/aa, No. 191 | |
|
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da). |
|
 doğrulamak ( nedir ?)
  |
|
| Bilgi kutusu referansları | |
Magnezyum diborit olan inorganik bileşik , formül MGB ile 2 . Koyu gri, suda çözünmeyen bir katıdır. Bileşik, 39 K'da (-234 °C) süper iletken hale geldiği için dikkat çekmiştir . Bileşiminde açısından, MGB 2 çarpıcı esas olarak geçiş metalleri bulunmaktadır en düşük sıcaklık süper iletkenler, farklıdır. Süperiletken mekanizması öncelikle BCS teorisi ile tanımlanır .
süper iletkenlik
Magnezyum diborit en süper-iletken özellikleri 2001 yılından keşfedilmiştir kritik sıcaklık ( T C 39 K) (-234 ° C, -389 ° F) arasında en yüksek olan , geleneksel süper iletkenler . Konvansiyonel ( fonon aracılı ) süperiletkenler arasında sıra dışıdır. Elektronik yapısı öyledir ki , Fermi seviyesinde çok farklı davranışlara sahip iki tip elektron bulunur , bunlardan biri ( sigma bağı ) diğerinden çok daha güçlü süperiletkendir ( pi-bağ ). Bu, tüm elektronların aynı şekilde davrandığını varsayan fonon aracılı süperiletkenliğin olağan teorileriyle çelişmektedir. MGB özelliklerinin teorik anlaşılması 2 yaklaşık iki enerji boşlukları modelleme ile elde edilmiştir. 2001 yılında, bir kuprat süperiletkenden çok bir metal gibi davrandığı kabul edildi .
Yarı Meissner durumu
Kullanma BCS teorisi ve elektronların (2.2 ve 7.1, sırasıyla MeV) pi ve sigma bantlarının bilinen enerji boşlukları, elektron pi sigma şeritler iki farklı olduğu tespit edilmiştir uygun uzunluklarda (sırasıyla 51 nm ve 13 nm) . Karşılık gelen London penetrasyon derinlikleri 33.6 nm ve 47.8 nm'dir. Bu, Ginzburg-Landau parametrelerinin sırasıyla 0.66±0.02 ve 3.68 olduğu anlamına gelir . Birincisi 1/ √ 2'den küçük ve ikincisi daha büyük, bu nedenle birincisi marjinal tip I süperiletkenliği ve ikinci tip II süperiletkenliği gösteriyor gibi görünüyor.
İki farklı elektron bandı, biri tip I süperiletkenliği gösteren ve biri tip II'yi gösteren bir tutarlılık uzunluğuna sahip olan iki quasipartikül verdiğinde, o zaman belirli durumlarda, girdapların uzun mesafelerde çekildiği ve itildiği tahmin edilmiştir. kısa mesafeler. Özellikle girdaplar arasındaki potansiyel enerji kritik bir mesafede en aza indirilir. Sonuç olarak, girdapların kritik mesafe ile ayrıldığı yarı-Meissner durumu adı verilen yeni bir varsayımsal faz vardır. Uygulanan akı, tüm süperiletkenin kritik mesafeyle ayrılmış bir girdap kafesi ile doldurulması için çok küçük olduğunda, bu alanları ayıran büyük tip I süperiletkenlik bölgeleri, bir Meissner durumu vardır.
Bu varsayım için deneysel doğrulama, yakın zamanda 4.2 Kelvin'de MgB 2 deneylerinde geldi . Yazarlar gerçekten de çok daha fazla girdap yoğunluğuna sahip rejimler olduğunu bulmuşlardır. Bir tip II süperiletkende Abrikosov girdapları arasındaki boşluktaki tipik varyasyon %1 düzeyindeyken, girdapların kritik mesafeyle ayrılabilecekleri alanlarda bir araya geldikleri fikrine uygun olarak %50 düzeyinde bir varyasyon buldular. Tip-1.5 süperiletkenlik terimi bu durum için türetilmiştir.
sentez
Magnezyum diborür 1953 yılında sentezlendi ve yapısı doğrulandı. En basit sentez bor ve magnezyum tozları arasındaki yüksek sıcaklık reaksiyonunu içerir . Oluşum 650 °C'de başlar; bununla birlikte, magnezyum metali 652 °C'de eridiği için reaksiyon, bor tane sınırları boyunca magnezyum buharının difüzyonunu içerebilir. Konvansiyonel reaksiyon sıcaklıklarında, sinterleme minimumdur, ancak taneler arasında Josephson kuantum tünellemesi için tane yeniden kristalleşmesi yeterlidir .
Süper iletken magnezyum diborid tel, tüp içinde toz (PIT) ex situ ve in situ prosesleriyle üretilebilir . In situ varyantında, bir bor ve magnezyum karışımının çapı geleneksel tel çekme ile küçültülür . Tel sonra MGB oluşturmak üzere reaksiyon sıcaklığına kadar ısıtılır 2 . Olarak ex-situ varyantı boru MGB ile doldurulur 2 ila 1000, bir toz çapı azalır, ve 800 ° C'de sinterlenmiş ° C sıcaklığa getirilmiştir. Her iki durumda da, daha sonra yaklaşık 950 °C'de sıcak izostatik presleme, özellikleri daha da iyileştirir.
2003'te açıklanan alternatif bir teknik, bor tozlarının granüler bir ön formu içinde magnezyumun reaktif sıvı sızmasını kullanır ve Mg-RLI tekniği olarak adlandırılırdı. Yöntem, hem yüksek yoğunlukta (MGB için teorik yoğunluğun% 90'dan fazla üretimi izin 2 ) dökme malzeme ve özel içi boş elyaf. Bu yöntem, örneğin, benzer bir erimiş hal büyüme dayalı yöntemler eşdeğerdir Sızma ve Büyüme işleme yöntemi ve imal dökme için kullanılan YBCO süper-iletken olmayan Y süper iletkenler 2 BaCuO 5 süper iletken YBCO yapmak infiltre sıvı fazları bazlı YBCO granüler ön kalıp iç olarak kullanılan toplu. Bu yöntem kopyalanıp MgB 2 için uyarlanmıştır ve Reaktif Mg Sıvı Sızma olarak yeniden markalanmıştır . MgB 2 elde etmek için bir bor preformunda Reaktif Mg Sıvı Sızma işlemi , İtalyan Edison SpA firmasının patent başvurularına konu olmuştur .
Hibrit fiziksel-kimyasal buhar biriktirme (HPCVD), magnezyum diborid (MgB 2 ) ince filmleri biriktirmek için en etkili teknik olmuştur . Diğer teknolojiler tarafından biriktirilen MgB 2 filmlerinin yüzeyleri genellikle pürüzlüdür ve stokiyometrik değildir . Buna karşılık, HPCVD sistemi , süper iletken devrelerin temel unsuru olan tekrarlanabilir tek tip Josephson bağlantılarını yapmak için gerekli olan, pürüzsüz yüzeylere sahip yüksek kaliteli yerinde saf MgB 2 filmleri büyütebilir .
elektromanyetik özellikler
Özellikler büyük ölçüde bileşime ve üretim sürecine bağlıdır. Katmanlı yapı nedeniyle birçok özellik anizotropiktir. Örneğin kristal sınırlarında oksit bulunan 'Kirli' numuneler, 'temiz' numunelerden farklıdır.
- En yüksek süperiletken geçiş sıcaklığı T c 39 K'dir.
- MgB 2 bir tip II süper iletkendir , yani artan manyetik alan yavaş yavaş içine nüfuz eder.
- En kritik akım ( J C ) 'dir: 10 5 A / m'den 2 20 T, 10 da 6 A / m 2 18 T, 10 da 7 A / m'den 2 15 T, 10 da 8 A / m'den 2 10 T, 10 de 5 T'de 9 A/m 2
- 2008 itibariyle : Üst kritik alan (H c2 ) : ( ab düzlemlerine paralel ) ~14 T, ( ab düzlemlerine dik ) ~3 T, ince filmlerde 74 T'ye kadar, elyaflarda 55 T'ye kadar.
Dopingle iyileştirme
MGB doping için çeşitli yöntemler 2 karbon (örneğin% 10 ile malik asit ) artırabilir üst kritik alan ve (bu da yüksek bir akım yoğunluğuna polivinil asetat ).
Karbon ile% 5 katkılama H yükseltebilir c2 düşürürken 16 36 T , T c sadece 39 K 34 K. en kritik akım (karşı J C azaltılır), fakat TiB ile katkılama 2 azalma azaltabilir. ( Ti ile Doping MgB 2 patentlidir.)
Manyetik alandaki maksimum kritik akım ( J c ), ZrB 2 ile katkılama ile büyük ölçüde (4.2 K'da yaklaşık iki katı) arttırılır .
Küçük miktarlarda doping bile her iki bandı da tip II rejimine yönlendirir ve bu nedenle yarı Meissner durumu beklenemez.
Termal iletkenlik
MgB 2 çok bantlı bir süperiletkendir, yani her Fermi yüzeyi farklı süperiletken enerji aralığına sahiptir. MGB için 2 , bor sigma bağı güçlü ve küçük s dalga boşluk genişlikleriyle, boşluk süperiletken büyük s-dalga indükler ve pi bağı zayıftır ve indükler. Büyük boşluklu girdapların yarı parçacık durumları, girdap çekirdeği ile oldukça sınırlıdır. Öte yandan, küçük aralığın yarı parçacık durumları, girdap çekirdeğine gevşek bir şekilde bağlıdır. Böylece delokalize edilebilirler ve bitişik girdaplar arasında kolayca üst üste binebilirler. Bu yöresizleştirilmesi kuvvetli katkıda bulunabilir ısı iletkenliği H yukarıdaki artış, ani, Şekil c1 .
Olası uygulamalar
süper iletkenler
Süper iletken özellikler ve düşük maliyet, magnezyum diborürü çeşitli uygulamalar için çekici hale getirir. Bu uygulamalar için, MgB 2 tozu, gümüş metal (veya 316 paslanmaz çelik) ile tel halinde sıkıştırılır ve bazen tüpte Toz işlemi yoluyla bantlanır .
2006'da 18 km MgB 2 tel kullanılarak 0,5 tesla açık MRI süper iletken mıknatıs sistemi inşa edildi . Bu MRI , soğutma için harici olarak sağlanan kriyojenik sıvılara ihtiyaç duymadan kapalı döngü bir kriyo - soğutucu kullandı .
"...yeni nesil MRI cihazları , soğutma için sıvı helyum olmadan 20–25 K aralığında çalışan NbTi bobinleri yerine MgB 2 bobinlerinden yapılmalıdır . ... MgB 2 iletkenlerinin süper iletkenlikte potansiyel kullanımları vardır. trafolar, rotorlar ve iletim kabloları yaklaşık 25 K sıcaklıklarda, 1 T alanlarında."
CERN'de MgB 2 kabloları yapmak için bir proje , büyük hadron çarpıştırıcısının tasarlanan yüksek parlaklık versiyonu gibi son derece yüksek akım dağıtım uygulamaları için 20.000 amper taşıyabilen süper iletken test kabloları ile sonuçlandı .
İgnitörün TOKAMAK tasarım MGB dayanıyordu 2 onun poloidal bobinler için.
Enerji kaybını en aza indirmek ve sıvı helyum soğutmalı niyobyum boşluklarının verimsizliğini azaltmak için süper iletken radyo frekansı boşluklarında ince kaplamalar kullanılabilir.
Bileşen elemanlarının düşük maliyeti nedeniyle, MgB 2 , süper iletken düşük ila orta alanlı mıknatıslarda, elektrik motorlarında ve jeneratörlerde, arıza akımı sınırlayıcılarında ve akım uçlarında kullanım sözü vermektedir.
İtici gazlar, patlayıcılar, piroteknik
Oksijen difüzyonunu engelleyen camsı oksit tabakalı yoluyla yanması tamamlanmayan elemental bordan farklı olarak, magnezyum diborid oksijende veya oksitleyicilerle karışımlarda tutuşturulduğunda tamamen yanar. Bu nedenle koç jetlerinde yakıt olarak magnezyum borür önerilmiştir . Ayrıca MgB 2'nin patlaması artırılmış patlayıcılarda ve itici gazlarda kullanılması da aynı nedenlerle önerilmiştir. Son zamanlarda , magnezyum diborid/ Teflon / Viton içeren yem fişeklerinin , klasik Magnezyum/Teflon/Viton (MTV) yüklerine kıyasla %30-60 oranında artan spektral verim, E λ (J g -1 sr -1 ) gösterdiği gösterilebildi . Magnezyum diboridin hibrit roket tahrikine bir uygulaması da araştırıldı ve mekanik özellikleri ve yanma özelliklerini iyileştirmek için bileşiği parafin mumu yakıt tanelerinde karıştırdı.
Referanslar
Dış bağlantılar
- MgB 2'de Temel Bilim Göstergeleri (1992 – Mayıs 2002)
- Eski malzeme yeni bir başlangıç yapıyor , ABD Enerji Araştırma Haberleri Bakanlığı, 2001