Les rubans supraconducteurs à haute température disposent désormais d'un « squelette » moins cher et plus résistant. L'équipe de recherche de l'Institut de physique et de technologie du froid de l'Académie chinoise des sciences a réussi à développer un nouveau « squelette » pour les rubans supraconducteurs à haute température : le substrat en alliage à base de fer (DW01). Les indicateurs de performance clés des rubans supraconducteurs fabriqués avec ce substrat sont nettement supérieurs à ceux des produits traditionnels en substrat en alliage Hastelloy, marquant une étape importante dans la réalisation de l'autonomie et du contrôle des matériaux de base des rubans supraconducteurs à haute température en Chine.
Le ruban supraconducteur à haute température est un matériau avancé capable de conduire l'électricité presque sans résistance sous des courants élevés et des champs magnétiques intenses. Il est principalement utilisé dans des domaines tels que la fusion nucléaire contrôlée, l'énergie supraconductrice et les accélérateurs supraconducteurs. Il ressemble à une fine bande métallique, mais il est en réalité composé de plusieurs couches superposées. La couche supraconductrice réellement conductrice est très mince et doit reposer sur une « base » solide et durable, appelée substrat. Ce substrat agit comme le squelette du corps humain : il doit résister aux flexions, aux étirements et aux variations brutales de température.
Au cours des dernières décennies, ce « squelette » a été presque exclusivement fabriqué en alliage Hastelloy (C276). Cet alliage contient plus de la moitié de nickel, un métal coûteux, ainsi que des métaux rares comme le molybdène, le tungstène et le cobalt. Le fer, peu coûteux, ne représente que cinq pour cent, ce qui maintient un coût élevé des matières premières. Plus important encore, ce matériau est utilisé depuis près de 30 ans et ses possibilités d'amélioration des performances sont presque épuisées.
Pour résoudre ce problème, l'équipe des chercheurs Li Laifeng et Shi Li de l'Institut de physique et de technologie du froid de l'Académie chinoise des sciences, en collaboration avec l'Institut de recherche technique de Shougang et la société Beijing Beiye New Materials, est partie des alliages à base de fer et a développé en plus de trois ans le substrat DW01, dont le composant principal est le fer, un élément courant. Le coût des matières premières ne représente qu'un quart de celui du substrat C276.
Ruban supraconducteur à haute température de deuxième génération utilisant un substrat en alliage à base de fer
Le faible coût ne suffit pas, l'essentiel réside dans les performances. En mai de cette année, Shanghai Superconducting Technology Co., Ltd. a réussi à fabriquer un ruban supraconducteur de qualité produit à partir du substrat DW01. Les tests montrent qu'à une température de moins 196 degrés Celsius et sous un champ nul, le courant critique d'un ruban argenté de 12 millimètres de large atteint 647 ampères. Lorsque le ruban est étiré de 0,6 %, le courant critique du ruban à substrat DW01 ne diminue que de moins de 10 %, tandis que celui du ruban à substrat C276 chute de plus de 50 %. « Cela démontre que le nouveau "squelette" est plus durable et moins susceptible d'endommager la couche supraconductrice lors de flexions ou de contraintes », explique Li Laifeng.
De plus, les propriétés magnétiques et de résistance électrique du substrat DW01 sont également supérieures à celles du substrat C276, contribuant ainsi à réduire les pertes d'énergie en cours d'utilisation. L'équipe a déposé six demandes de brevets d'invention concernant la composition et le procédé de fabrication du substrat DW01. Actuellement, les indicateurs clés tels que la précision de l'épaisseur et la qualité de surface du substrat DW01 ont tous atteint les normes de fourniture, répondant ainsi aux exigences de la production industrielle.
Les experts du secteur estiment que le substrat DW01 ouvre non seulement une nouvelle voie pour la localisation des rubans supraconducteurs à haute température, mais offre également, grâce à ses excellentes performances sous champ élevé et à son avantage significatif en termes de coûts, un soutien solide à la Chine pour conquérir une position dominante dans la concurrence mondiale de l'industrie supraconductrice.