Pesquisadores do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências e da Universidade de Huizhou fizeram um grande avanço na compreensão das propriedades dos materiais supercondutores de alta temperatura (HTS) quando são unidos por soldagem. Conhecidos como condutores revestidos com óxido de cobre e bário de terras raras, esses materiais supercondutores de alta temperatura podem transportar grandes quantidades de corrente com perda mínima de energia, mesmo em campos magnéticos fortes. No entanto, para projetos maiores, como cabos de energia ou equipamentos científicos, é necessário soldar várias peças deste material. A pesquisa, publicada na revista Materials, examinou como essas juntas soldadas permanecem estáveis em termos de propriedades eletromecânicas e comportamento mecânico.
Uma equipe liderada pelo professor Guan Mingzhi, trabalhando com Tianfa Liao, Dr. Zhiming Chen, explorou como o comprimento da junta de solda e a espessura do material de solda afetam sua resistência e desempenho. “Compreender o comportamento dessas juntas é fundamental para tornar os supercondutores mais duráveis e eficientes em aplicações práticas”, disse o professor Guan.
Para conduzir o estudo, os pesquisadores usaram modelos computacionais detalhados para simular como essas articulações se comportariam em situações da vida real. O modelo os ajudou a analisar como diferentes camadas de materiais de óxido de cobre e bário de terras raras e solda respondem ao estresse. Os resultados mostram que o uso de juntas mais curtas e solda mais fina pode reduzir o estresse em áreas onde os danos normalmente começam, resultando em uma conexão mais forte. “Uma das nossas principais descobertas é que juntas de solda mais curtas e menos solda ajudam a prevenir falhas precoces”, explica o professor Guan.
Estudos descobriram que as bordas das juntas soldadas são particularmente vulneráveis. O estresse tende a se concentrar nesses pontos, tornando-os mais suscetíveis a rachaduras ou quebras. Ao encurtar a sobreposição e utilizar uma solda mais fina, os investigadores descobriram que a tensão era distribuída de forma mais uniforme, reduzindo o risco de danos precoces. Isto é importante porque quando uma junta é submetida a muita tensão, ela perde a capacidade de transportar tanta corrente, um fator chave em materiais supercondutores.
Os pesquisadores também compararam dois métodos comuns de fazer essas articulações: face a face e costas com costas. Embora uma abordagem presencial seja frequentemente preferida porque reduz a resistência elétrica, uma configuração costas com costas provou ser mais eficaz no tratamento do estresse físico. Embora a abordagem presencial melhore a condução conjunta da eletricidade, a abordagem consecutiva pode melhorar a sua durabilidade. “Isso abre novas possibilidades para projetar dispositivos supercondutores eficientes e duradouros”, disse o professor Guan.
As descobertas têm implicações práticas para as indústrias que utilizam supercondutores em tecnologias avançadas. Condutores revestidos com óxido de cobre-bário-terras raras são cada vez mais usados em aplicações como armazenamento de energia magnética, máquinas de ressonância magnética e cabos de alta potência, que exigem comprimentos de material mais longos. Como a fita usada para esses supercondutores não é longa o suficiente por si só, eles precisam ser soldados entre si, o que pode criar pontos fracos. O professor Guan acrescentou: “Nossa pesquisa fornece orientação para projetar juntas mais fortes e confiáveis, o que poderia prolongar a vida útil de dispositivos supercondutores”.
Em conjunto, o estudo do Professor Guan e colegas fornece uma forma de prever o desempenho destas articulações em condições do mundo real. Os resultados mostram que a confiabilidade e o desempenho dos sistemas supercondutores podem ser bastante melhorados usando juntas mais curtas, solda mais fina e considerando uma abordagem consecutiva. Esta pesquisa representa um passo fundamental para tornar os supercondutores de alta temperatura mais práticos e amplamente utilizados em diversas indústrias que dependem de tecnologia de ponta.
Referência do diário
Liao, T., Wang, W., Chen, Z. e Guan, M. (2024). “Estudo numérico do comportamento mecânico e propriedades eletromecânicas de condutores revestidos com REBCO em juntas de solda.” Materiais, 17 (2517). Número digital: https://doi.org/10.3390/ma17112517
Sobre o autor
Mingzhi Guan Pesquisador do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências. Ele foi selecionado para o Programa Juvenil de Destaque da Academia Chinesa de Ciências e para os principais talentos da província de Gansu. O professor Guan recebeu seu doutorado pela Universidade de Lanzhou em 2012 e depois continuou a pesquisa como pesquisador visitante sênior no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, e na Universidade de Strathclyde, no Reino Unido.
As principais direções de pesquisa são a mecânica de acoplamento multicampo e a mecânica supercondutora em ambientes extremos. Os resultados da pesquisa foram publicados em mais de 80 artigos acadêmicos (3 dos quais ganharam o prêmio de melhor artigo e artigo de destaque em periódicos internacionais) e mais de 10 patentes de invenção nacionais (4 das quais foram comercializadas com sucesso). O dispositivo de medição e controle de mecânica supercondutora de fundo completo desenvolvido foi fornecido a 7 instituições de pesquisa. Ele ganhou o primeiro prêmio do Prêmio de Invenção em Ciência e Tecnologia do Ministério da Educação (2019), o segundo prêmio do Prêmio de Progresso em Ciência e Tecnologia da Sociedade Eletrotécnica da China (2021), o segundo prêmio do Prêmio de Invenção em Ciência e Tecnologia de Pequim (2024), o Prêmio da Juventude Ocidental da Academia Chinesa de Ciências e o Seguidor da Associação de Promoção da Inovação Juvenil.
