Onderzoekers van Cornell University hebben een revolutionaire methode ontwikkeld voor het vervaardigen van supergeleiders, waarbij ze 3D-printtechnologie combineren met zachte materialen. Deze innovatieve aanpak, die polymeerchemie integreert met additieve fabricage, belooft aanzienlijke vooruitgang voor sectoren zoals MRI-technologie en de volgende generatie kwantumcomputers.
Het meest opmerkelijke resultaat van dit onderzoek is het bereikte kritische magnetische veld van niobiumnitride. Met deze nieuwe techniek is dit veld, dat cruciaal is voor de functionaliteit in extreem hoge magnetische velden, vastgesteld tussen de 40 en 50 Tesla. Dit is een absoluut record voor dit specifieke materiaal en een belangrijke stap voorwaarts voor toepassingen in geavanceerde medische apparatuur.
Projectleider Ulrich Wiesner, professor aan Cornell University, heeft een direct verband aangetoond tussen de molaire massa van de gebruikte polymeren en de supergeleidende prestaties, een correlatie die voorheen onbekend was. Het onderzoek, dat bijna tien jaar in beslag nam, begon in 2016 met de eerste demonstratie van hoe blokcopolymeren zichzelf konden assembleren tot structuren die geschikt zijn voor supergeleiders. Tegen 2021 werd bevestigd dat deze op zachte materialen gebaseerde methoden konden wedijveren met conventionele technieken.
Het huidige proces, dat een 'one-pot' systeem kenmerkt en veel traditionele stappen van 3D-printen van poreuze materialen omzeilt, vertegenwoordigt een verdere kwalitatieve sprong. De nieuwe techniek organiseert supergeleidende materialen op drie niveaus: atomair, mesoscopisch (geleid door copolymeren) en macroscopisch (direct door 3D-printen). Het proces start met een 'inkt' van copolymeren en nanodeeltjes die zichzelf assembleren tijdens het printen, gevolgd door warmtebehandelingen die het materiaal transformeren in een poreuze kristallijne supergeleider met ongekende eigenschappen.
De resulterende poreuze architectuur biedt een intern oppervlak dat een record vormt voor composiet supergeleiders, wat ideaal is voor de ontwikkeling van nieuwe kwantummaterialen. De onderzoekers testen momenteel actief andere verbindingen, zoals titaniumnitride, met als doel driedimensionale structuren te creëren die met conventionele methoden moeilijk te realiseren zijn. Dit werk, mogelijk gemaakt door een interdisciplinair team van chemici, fysici en materiaalkundigen, benadrukt de cruciale rol van kruisbestuiving tussen disciplines bij het verleggen van onderzoeks grenzen.
Volgens Wiesner zou de nieuwe methodologie de weg kunnen banen voor een generatie supergeleiders met op maat gemaakte eigenschappen, die eenvoudiger en schaalbaarder kunnen worden geproduceerd dan voorheen. De focus op het creëren van materialen met specifieke, verbeterde eigenschappen door gecontroleerde structurele organisatie op meerdere schalen, toont een verschuiving naar meer doelgerichte materiaalontwikkeling. Dit kan leiden tot efficiëntere energieopslag en snellere dataoverdracht in toekomstige technologieën.