Desvelando los Secretos de la Delaminación en Superconductores REBCO
Este estudio se enfoca en el análisis exhaustivo de la composición superficial y la topografía de cintas superconductoras REBCO (YBCO) utilizando la avanzada Espectroscopía de Electrones Auger (AES). El objetivo principal es comprender a fondo los mecanismos de delaminación que pueden ocurrir en estos materiales compuestos cruciales para aplicaciones de alta energía.
Microscopía y Análisis Químico para Identificar Capas y Daños
Mediante la combinación de imágenes SEM y microscopía láser confocal, complementadas con el análisis químico EDS y Auger, los investigadores lograron identificar las distintas capas que componen la cinta superconductora, incluyendo el sustrato de Hastelloy, las capas buffer (LaMnO3, MgO, Y2O3, Al2O3), la capa superconductora de YBCO, la capa de plata y la capa de cobre. El análisis detallado de muestras peel-testeadas por SuperPower, Inc. reveló que la delaminación ocurre principalmente dentro de la capa de YBCO, identificando incluso finas capas retenidas de este material en áreas donde se pensaba que existían capas buffer.
Morfología Bimodal y su Relación con la Resistencia al Pelado
El estudio revela una distribución bimodal en la morfología de las superficies delaminadas de YBCO, caracterizada por dos tipos de crestas: anchas y estrechas. Esta distribución se mantiene constante en todas las muestras analizadas. Además, se identifica una segunda distribución bimodal en el porcentaje de cobertura de estas crestas, correlacionándose una mayor proporción de crestas anchas (aproximadamente 60%) con una mayor resistencia al pelado en las muestras. La espectroscopía Auger se está utilizando para determinar las dimensiones de las capas buffer y relacionar la morfología de la rotura con la resistencia de las muestras, con el fin de mejorar el diseño y la resiliencia de las cintas superconductoras YBCO.
Contenido Detallado:
Espectroscopía de Electrones Auger (AES)
- Introducción y Reconocimientos
- Este trabajo investiga la composición superficial y la topografía de cintas superconductoras REBCO utilizando Espectroscopía de Electrones Auger (AES).
- El estudio contó con el apoyo financiero del Departamento de Energía de EE. UU., Oficina de Física de Alta Energía.
- Se agradece el apoyo del Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales de UW-Eau Claire.
- Los autores agradecen a SuperPower, Inc. por proporcionar las muestras bajo investigación.
EDS complementado con Auger
- Materiales y Métodos
- El material principal de estudio es el YBa2Cu3O7 (YBCO), un superconductor basado en tierras raras fabricado como una cinta compuesta.
- Esta cinta superconductora tiene una temperatura crítica de 93 K y, con su estructura compuesta, puede alcanzar hasta 400A a 77K en auto campo.
- La estructura de la cinta incluye un sustrato de Hastelloy a base de níquel para resistencia mecánica.
- Posee cinco capas buffer (LaMnO3, MgO (Homo), MgO (IBAD), Y2O3, Al2O3) para el crecimiento epitaxial del YBCO.
- Cuenta con una capa de plata para protección mecánica y una capa de cobre para estabilidad eléctrica.
- Las muestras utilizadas fueron peel-testeadas por SuperPower, generando dos mitades para el análisis.
- La prioridad inicial fue identificar las diferentes capas para comprender cómo ocurren las delaminaciones.
- Se utilizó una combinación de imágenes (SEM y microscopía láser confocal) y análisis químico (EDS complementado con Auger) para identificar las capas.
- Análisis de la Delaminación
- Bajo alta magnificación y con análisis Auger complementario, se determinó que las estrías amarillas en el área de YBCO no eran una capa buffer, sino una fina capa retenida de YBCO.
- En este caso, la delaminación ocurrió dentro de la capa de YBCO en lugar de en una interfaz.
- Las cintas compuestas de YBCO típicamente se delaminan dentro de la capa superconductora de forma bimodal.
- Morfología Superficial y Análisis con Microscopía Confocal
- Se tomaron imágenes confocales de las muestras, identificando dos tipos de morfología: crestas ‘ ‘ con forma esporádica y menor ancho, y crestas ‘ ‘ con forma regular y mayor ancho.
- Se generaron mapas de superficie en 3D utilizando la microscopía láser confocal, mostrando la altura y el ancho de las crestas.
- Los datos de ancho de cresta muestran una distribución bimodal consistente en todas las muestras.
Correlación con la Resistencia al Pelado
- Cobertura Superficial y su Correlación con la Resistencia al Pelado
- Se cuantificó el área cubierta por cada tipo de cresta, revelando una segunda distribución bimodal en la cobertura: aproximadamente 60% crestas anchas / 40% crestas estrechas o 0% crestas anchas / 100% crestas estrechas.
- Las muestras con una cobertura de 60%/40% (anchas/estrechas) son más fuertes que las que tienen una cobertura de 0%/100%.
- Se ha verificado que los tipos de cresta representan una distribución bimodal y son comparables entre las diferentes muestras.
- Entre las muestras que se delaminaron dentro de la capa de REBCO, existe una segunda tendencia bimodal en la que una mayor resistencia al pelado se correlaciona con un mayor porcentaje de cobertura de crestas anchas.
- El proveedor de las muestras no permite la divulgación de los valores exactos de la prueba de pelado, pero se indica que la Muestra 3 es más débil que la Muestra 4 por un factor de 3.
- Análisis con Espectroscopía de Electrones Auger (AES)
- Actualmente se utiliza la Espectroscopía de Electrones Auger para analizar muestras más recientes y determinar la profundidad de las capas buffer con variaciones experimentales.
- Este proceso se conoce como sputtering y se complementa con un gráfico de profundidad elemental.
- Los valores obtenidos se pueden relacionar con la resistencia al pelado de las muestras suministradas.
Conclusiones y Trabajo Futuro
- Conclusiones y Trabajo Futuro
- El trabajo futuro incluye la recopilación de datos con la técnica Auger para determinar las dimensiones de las capas.
- Se utilizará esta información para relacionarla y mejorar las muestras de YBCO.
- También se emplearán estos datos para establecer relaciones que vinculen la morfología de la rotura con la resistencia de la muestra.
Autor y Fecha de Publicación:
- Autores: Tanner Olson, Brynn Dallmann, Chris Hopp, Yifei Zhang, Matthew Jewell.
- Afiliaciones: 1Materials Science & Engineering Program ❖ University of Wisconsin – Eau Claire; 2SuperPower, Inc. ❖ Schenectady, NY.
- Fecha de Publicación: No se especifica una fecha de publicación explícita en el documento proporcionado. Sin embargo, se menciona que este trabajo fue financieramente apoyado por una beca que comenzó en 2013, lo que sugiere que la investigación y la publicación son posteriores a esa fecha. Para una fecha precisa, se debería consultar la publicación o presentación original mencionada en el documento (si existe).
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