Innovative HTS Bänder für Magnetfeldanwendungen

Die internationale Forschung auf dem Gebiet der Supraleiter entwickelt nun die zweite Generation von Leitern zur Übertragung elektrischer Energie. Diese als "Coated Conductors" bezeichneten, mehrlagigen Bänder sollen die derzeit auf Bismuth-Basis hergestellten Drähte ersetzen, da Bismuth-basierende Materialien ihre supraleitenden Eigenschaften bei Temperaturen um 77 K (Siedepunkt des Stickstoffes) schon in sehr schwachen Magnetfeldern verlieren. Die derzeit von mehreren Forschungsinstituten weltweit untersuchten "Coated Conductors" verwenden Yttrium-Barium-Kuprate (YBCO) als supraleitendes Material. Trotz der beachtlichen Fortschritte und der viel versprechenden Ergebnisse in den letzten Jahren sind noch eine Vielzahl von Problemen zu lösen, bevor eine technische Umsetzung erreicht werden kann. Die auf das metallische Substrat folgenden "Buffer" Lagen und die supraleitenden Schichten werden derzeit fast ausschließlich über Vakuum Techniken, wie gepulste Laser oder Ionenstrahl unterstützte Abscheidung aufgebracht. Diese komplexen Herstellverfahren sind mit hohen Kosten verbunden. Daher gibt es einige wenige Ansätze diese Metall - Bufferlage - Supraleiter Bänder über chemische Methoden, die unter Normaldruck arbeiten, zu produzieren. Durch die derzeitige nahezu ausschließliche Konzentration auf YBCO Supraleiter gibt es keine Untersuchungen zur Entwicklung von Metall -Bufferschichten - Supraleiter Komposite, die auf anderen Supraleiter Materialien basieren, wie etwa auf der Familie der Thallium-basierenden Supraleiter, obwohl gerade diese Substanzklasse hervorragende Supraleiter Eigenschaften bei 77 K in magnetischen Feldern aufweist. Der vorliegende Antrag befasst sich mit der Herstellung von Mehrschicht-Bändern unter Normaldruck über eine Kombination nasschemischer und Festkörper Reaktionen, die teure Vakuumverfahren einsparen sollen. Die detaillierte Charakterisierung dieser Materialien erfolgt durch das Partnerinstitut in Wien. Schutzschichten auf Ni- Cr und Fe-Ni-Cr sollen elektrolytisch auf Ni oder Stahl Substraten aus wässrigen und besonders aus nichtwässrigen Elektrolyten aufgebracht werden. Bisher noch nicht bearbeitete Substrat-Buffer Lagen Kombinationen sollen ebenfalls untersucht werden. Für die Aufbringung der Buffer Lagen werden verschiedene Methoden wie Gel- Verfahren, Tauch- oder Sprühmethoden angewandt. Die supraleitende Schicht wird vorwiegend aus Thallium basierenden Materialien bestehen. Ziel ist es, supraleitende Bänder mit geeigneten Zwischenschichten zu erzeugen, die hohe kritische Ströme bei 77 K und in hohen Magnetfeldern besitzen.

Die internationale Forschung auf dem Gebiet der Supraleiter entwickelt nun die zweite Generation von Leitern zur Übertragung elektrischer Energie. Diese als "Coated Conductors" bezeichneten, mehrlagigen Bänder sollen die derzeit auf Bismuth-Basis hergestellten Drähte ersetzen, da Bismuth-basierende Materialien ihre supraleitenden Eigenschaften bei Temperaturen um 77 K (Siedepunkt des Stickstoffes) schon in sehr schwachen Magnetfeldern verlieren. Die derzeit von mehreren Forschungsinstituten weltweit untersuchten "Coated Conductors" verwenden Yttrium-Barium-Kuprate (YBCO) als supraleitendes Material. Trotz der beachtlichen Fortschritte und der viel versprechenden Ergebnisse in den letzten Jahren sind noch eine Vielzahl von Problemen zu lösen, bevor eine technische Umsetzung erreicht werden kann. Die auf das metallische Substrat folgenden "Buffer" Lagen und die supraleitenden Schichten werden derzeit fast ausschließlich über Vakuum Techniken, wie gepulste Laser oder Ionenstrahl unterstützte Abscheidung aufgebracht. Diese komplexen Herstellverfahren sind mit hohen Kosten verbunden. Daher gibt es einige wenige Ansätze diese Metall - Bufferlage - Supraleiter Bänder über chemische Methoden, die unter Normaldruck arbeiten, zu produzieren. Durch die derzeitige nahezu ausschließliche Konzentration auf YBCO Supraleiter gibt es keine Untersuchungen zur Entwicklung von Metall -Bufferschichten - Supraleiter Komposite, die auf anderen Supraleiter Materialien basieren, wie etwa auf der Familie der Thallium-basierenden Supraleiter, obwohl gerade diese Substanzklasse hervorragende Supraleiter Eigenschaften bei 77 K in magnetischen Feldern aufweist. Der vorliegende Antrag befasst sich mit der Herstellung von Mehrschicht-Bändern unter Normaldruck über eine Kombination nasschemischer und Festkörper Reaktionen, die teure Vakuumverfahren einsparen sollen. Die detaillierte Charakterisierung dieser Materialien erfolgt durch das Partnerinstitut in Wien. Schutzschichten auf Ni- Cr und Fe-Ni-Cr sollen elektrolytisch auf Ni oder Stahl Substraten aus wässrigen und besonders aus nichtwässrigen Elektrolyten aufgebracht werden. Bisher noch nicht bearbeitete Substrat-Buffer Lagen Kombinationen sollen ebenfalls untersucht werden. Für die Aufbringung der Buffer Lagen werden verschiedene Methoden wie Gel- Verfahren, Tauch- oder Sprühmethoden angewandt. Die supraleitende Schicht wird vorwiegend aus Thallium basierenden Materialien bestehen. Ziel ist es, supraleitende Bänder mit geeigneten Zwischenschichten zu erzeugen, die hohe kritische Ströme bei 77 K und in hohen Magnetfeldern besitzen.