澳大利亞科學(xué)家首次將3D打印用于制造超導(dǎo)諧振腔
超導(dǎo)諧振腔有極低的射頻損耗,所以在許多場合,它都有潛在使用價值,由超導(dǎo)材料制成的射頻超導(dǎo)諧振腔(簡稱超導(dǎo)腔) ,在超導(dǎo)狀態(tài)下具有表面電阻低、損耗小、品質(zhì)因數(shù)高的特點。然而，其昂貴的制造價格是該項技術(shù)的高門檻之一。
長久以來，材料科學(xué)家們在3D打印的時候普遍關(guān)注打印出來的產(chǎn)品的力學(xué)性能，而忽視了其電氣性能。如今，澳大利亞墨爾本大學(xué)的科學(xué)家Daniel Creedon及其團隊在獲得3D打印超導(dǎo)諧振腔腔的突破，這在世界范圍內(nèi)屬于首例，可更快、更便宜地設(shè)計和制造新一代的超導(dǎo)諧振腔帶來了不可思議的解決方案，更將我們對3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注點再一次拓寬。
超導(dǎo)諧振腔在越來越多的實驗工具用來研究宇宙的性質(zhì)，它們的目的是儲存微波，讓他們耗費盡可能少的能量并同時產(chǎn)生共鳴。共鳴的微波能夠加速粒子加速器中的帶電粒子，產(chǎn)生高穩(wěn)定頻率，以實現(xiàn)測量光速等應(yīng)用。在這一過程中，微波需要與超導(dǎo)腔表面材料中的電子相互作用。因此，材料的電阻是影響諧振腔性能的一個主要因素，而眾所周知超導(dǎo)材料的電阻基本為零。
為了研究3D打印對這些裝置的超導(dǎo)性能的影響，Creedon和他的同事使用SLM選擇性激光融化鋁粉的打印技術(shù)，并制作出兩個腔體。相比于原來的制造方法，選擇性激光融化技術(shù)快速而且造價不象原來那么昂貴，當(dāng)然3D打印的對象表面往往比較粗糙。
另外，Creedon團隊所使用的鋁粉的成分與標準的工業(yè)鋁Al-6061并不一樣。他們使用的鋁粉重量比中含有12%的硅，而通常只有0.8%。此外，它還含有少量的鐵（0.118%）和銅（0.003%），而通常標準的工業(yè)鋁含有0.7%的鐵、0.15%的銅和1.2%的鎂。
經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，這些3D打印的腔體在1.2 Kelvin開爾問預(yù)期溫度下達到超導(dǎo)狀態(tài)，其電性能與工業(yè)鋁Al 6061類似，并且3D打印工藝帶來的粗糙腔壁表面也沒有對超導(dǎo)性能帶來明顯影響。
隨后，Creedon團隊通過對其中的一個腔體進行內(nèi)部表面拋光、降低粗糙度來提高其超導(dǎo)性能。隨后，他們又將其加熱到770 K的溫度，并持續(xù)了四個小時，然后慢慢冷卻至室溫，通過這個過程將硅從材料中去除, 而去除殘余的硅雜質(zhì)后發(fā)現(xiàn)Q因子有了明顯改進。
據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解，下一步Creedon團隊打算嘗試使用純鋁粉末，并且還希望改進超導(dǎo)腔的槽型設(shè)計以打印出傳統(tǒng)機加工技術(shù)無法實現(xiàn)的形狀。
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