超導(dǎo)諧振腔有極低的射頻損耗,所以在許多場(chǎng)合,它都有潛在使用價(jià)值,由超導(dǎo)材料制成的射頻超導(dǎo)諧振腔(簡(jiǎn)稱(chēng)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(diǎn)。然而，其昂貴的制造價(jià)格是該項(xiàng)技術(shù)的高門(mén)檻之一。

    長(zhǎng)久以來(lái)，材料科學(xué)家們?cè)?/span>3D打印的時(shí)候普遍關(guān)注打印出來(lái)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(tuán)隊(duì)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(jì)和制造新一代的超導(dǎo)諧振腔帶來(lái)了不可思議的解決方案，更將我們對(duì)3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注點(diǎn)再一次拓寬。

     超導(dǎo)諧振腔在越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)工具用來(lái)研究宇宙的性質(zhì)，它們的目的是儲(chǔ)存微波，讓他們耗費(fèi)盡可能少的能量并同時(shí)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(shí)現(xiàn)測(cè)量光速等應(yīng)用。在這一過(guò)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(gè)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(duì)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(gè)腔體。相比于原來(lái)的制造方法，選擇性激光融化技術(shù)快速而且造價(jià)不象原來(lái)那么昂貴，當(dāng)然3D打印的對(duì)象表面往往比較粗糙。

     另外，Creedon團(tuán)隊(duì)所使用的鋁粉的成分與標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)鋁含有0.7%的鐵、0.15%的銅和1.2%的鎂。

    經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，這些3D打印的腔體在1.2 Kelvin開(kāi)爾問(wèn)預(yù)期溫度下達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)，其電性能與工業(yè)鋁Al 6061類(lèi)似，并且3D打印工藝帶來(lái)的粗糙腔壁表面也沒(méi)有對(duì)超導(dǎo)性能帶來(lái)明顯影響。

    隨后，Creedon團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)其中的一個(gè)腔體進(jìn)行內(nèi)部表面拋光、降低粗糙度來(lái)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(gè)小時(shí)，然后慢慢冷卻至室溫，通過(guò)這個(gè)過(guò)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(jìn)。

     據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)了解，下一步Creedon團(tuán)隊(duì)打算嘗試使用純鋁粉末，并且還希望改進(jìn)超導(dǎo)腔的槽型設(shè)計(jì)以打印出傳統(tǒng)機(jī)加工技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的形狀。

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