Chercheurs de l'Université de Houston explorant les limites de la supraconductivité à température ambiante.
En termes simples, la supraconductivité entre deux objets ou plus signifie zéro électricité gaspillée. Cela signifie que l'électricité est transférée entre ces objets sans perte d'énergie.
De nombreux éléments et minéraux naturels comme le plomb et le mercure ont des propriétés supraconductrices. Et il existe des applications modernes qui utilisent actuellement des matériaux aux propriétés supraconductrices, notamment les appareils IRM, les trains maglev, les moteurs électriques et les générateurs.
Habituellement, la supraconductivité dans les matériaux se produit dans des environnements à basse température ou à des températures élevées à des pressions très élevées. Le Saint Graal de la supraconductivité aujourd'hui est de trouver ou de créer des matériaux capables de transférer de l'énergie entre eux dans un environnement à température ambiante non pressurisé.
Si l'efficacité des supraconducteurs à température ambiante pouvait être appliquée à grande échelle pour créer des systèmes de transmission d'énergie électrique hautement efficaces pour l'industrie, le commerce et les transports, ce serait révolutionnaire. Le déploiement de la technologie des supraconducteurs à température ambiante à pression atmosphérique accélérerait l'électrification de notre monde pour son développement durable. La technologie nous permet de faire plus de travail et d'utiliser moins de ressources naturelles avec moins de déchets pour préserver l'environnement.
Il existe quelques systèmes de matériaux supraconducteurs pour la transmission électrique à divers stades de développement. En attendant, des chercheurs de l'Université de Houston mènent des expériences pour rechercher la supraconductivité dans un environnement à température ambiante et à pression atmosphérique.
Paul Chu, directeur fondateur et scientifique en chef du Texas Center for Superconductivity à UH et Liangzi Deng, professeur assistant de recherche, ont choisi FeSe (Iron (II) Selenide) pour leurs expériences car il a une structure simple et aussi un grand Tc (température critique supraconductrice) rehaussement sous pression.
Chu et Deng ont développé un processus de trempe sous pression (PQP), dans lequel ils appliquent d'abord une pression sur leurs échantillons à température ambiante pour améliorer la supraconductivité, les refroidissent à une température inférieure choisie, puis relâchent complètement la pression appliquée, tout en conservant les propriétés supraconductrices améliorées.
Le concept du PQP n'est pas nouveau, mais le PQP de Chu et Deng est la première fois qu'il est utilisé pour conserver la supraconductivité à haute pression dans un supraconducteur à haute température (HTS) à la pression atmosphérique. Les conclusions sont publiées dans le Journal de la supraconductivité et du nouveau magnétisme.
« Nous gaspillons environ 10 % de notre électricité lors du transport, c'est un chiffre énorme. Si nous avions des supraconducteurs pour transmettre l'électricité sans gaspillage d'énergie, nous changerions fondamentalement le monde, le transport et la transmission de l'électricité seraient révolutionnés », a déclaré Chu. "Si ce processus peut être utilisé, nous pouvons créer des matériaux qui pourraient transmettre l'électricité de l'endroit où vous la produisez jusqu'à des milliers de kilomètres sans perte d'énergie."
Leur processus a été inspiré par le regretté Pol Duwez, un éminent spécialiste des matériaux, ingénieur et métallurgiste au California Institute of Technology, qui a souligné que la plupart des alliages utilisés dans les applications industrielles sont métastables ou chimiquement instables à la pression atmosphérique et à la température ambiante, et ces les phases métastables possèdent des propriétés souhaitées et/ou améliorées qui manquent à leurs homologues stables, ont noté Chu et Deng dans leur étude.
Des exemples de ces matériaux incluent les diamants, les matériaux d'impression 3D à haute température, le phosphore noir et même le cuivre au béryllium, qui est notamment utilisé pour fabriquer des outils destinés à être utilisés dans des environnements hautement explosifs comme les plates-formes pétrolières et les élévateurs à grains.
"Le but ultime de cette expérience était d'élever la température au-dessus de la température ambiante tout en conservant les propriétés supraconductrices du matériau", a déclaré Chu. "Si cela peut être réalisé, la cryogénie ne sera plus nécessaire pour faire fonctionner des machines qui utilisaient un matériau supraconducteur comme une machine IRM et c'est pourquoi nous en sommes ravis."
Référence : « The Retention and Study of High-Pressure-Induced Phases in High- and Room-Temperature Superconductors » par CW Chu, LZ Deng et Z. Wu, 20 janvier 2022, Journal de la supraconductivité et du nouveau magnétisme.
DOI: 10.1007/s10948-021-06117-0
