Международная команда исследователей подтвердила, что крупногабаритная сверхпроводящая пена обладает устойчивым и мощным магнитным полем. Этот материал, в отличие от классических сверхпроводников, отличается легкостью, прочностью и возможностью создания образцов значительных размеров. Его применение в космосе открывает перспективы для деликатной стыковки аппаратов и эффективного сбора орбитального мусора, сообщает группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН.
Преимущества пены перед классическими сверхпроводниками
Сверхпроводники, теряющие электрическое сопротивление при охлаждении, незаменимы для генерации сильных магнитных полей, левитации, создания датчиков, двигателей и передачи энергии. Однако их практическое использование ограничено размером в 1-2 см – крупные образцы склонны к растрескиванию и потере свойств, что повышает стоимость и сложность применения.
Решение проблемы масштаба
Создание сверхпроводящей пены решило проблему малых габаритов. Ее структура из пустот, окруженных сверхпроводником, позволяет производить образцы практически любого размера. Малый вес и экономия материала снижают стоимость, а пористость обеспечивает быстрое охлаждение – критически важное для работы при низких температурах. Перед массовым внедрением требовалось исследовать принципы ее работы, особенно поведение магнитного поля.
Международное подтверждение свойств
Ученые из Японии, Германии и Красноярского научного центра СО РАН установили, что крупные образцы пены генерируют стабильное, однородное и мощное магнитное поле, равномерно распределенное по материалу. Это позволяет пене сохранять свойства традиционных сверхпроводников, несмотря на размер, а ее исключительная легкость делает ее идеальной для космических разработок.
Технология создания легкого чуда
Производство начинается с пористой полиуретановой основы. Ее пропитывают раствором ключевых элементов сверхпроводника (иттрий, барий, медь, оксиды) в поливинилалкоголе (ПВА). После пропитки и обжига для выгорания полиуретана остается непроводящая структура. Затем в центр помещают сверхпроводящий кристалл и нагревают конструкцию. Материал из кристалла распространяется, точно повторяя поры, превращая весь образец в сверхпроводник.
Перспективы от эксперта
«Изготовить сверхпроводящую пену довольно просто – при наличии материалов это возможно даже в домашней духовке. Ее легкость, обусловленная 90% пористостью и лишь 10% содержанием проводника (вес в 10 раз меньше обычного!), особенно ценна для космических аппаратов и спутников», – подчеркнул соавтор исследования, к.ф.-м.н. Денис Гохфельд, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского.
Будущее в космосе и на Земле
Одно из самых впечатляющих применений – системы стыковки космических кораблей и спутников, где управляемое магнитное поле обеспечит мягкое причаливание и отталкивание. Пена также перспективна как магнит для сбора космического мусора. Дополнительные возможности включают использование в электродвигателях и как элемент магнитной связи в линиях электропередачи.
