Descrizione della commessa "Materiali e meccanismi della superconduttività e sue applicazioni di potenza (MD.P04.023)"

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  • Descrizione della commessa "Materiali e meccanismi della superconduttività e sue applicazioni di potenza (MD.P04.023)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • La superconduttività contribuendo al trasporto di energia elettrica riducendo le perdite , contribuisce allo sviluppo di sistemi di energia pulita e affidabile. Infatti , come vettore di energia, l'elettricità non ha rivali per quanto riguarda la salvaguardia ambientale, la flessibilità di interfacciamento con le fonti di produzione multiple e degli usi finali e l'efficienza della consegna. Tuttavia, la crescente domanda di elettricità sfiderà presto la capacità della rete, come già dimostrato dal blackout del Nord America nel 2003 e il conseguente black-out a Londra, in Scandinavia e in Italia nello stesso anno. La superconduttività offre potenti nuove opportunità per il ripristino dell'affidabilità della rete elettrica e aumentando la sua capacità ed efficienza. (literal)
Strumentazione
  • -Sistemi criomagnetici per la misura delle proprietà fisiche (magnetiche, termiche ed elettriche) nel range di temperatura 2-400K e campi magnetici fino a 9T. - Sistema di deposizione per laser Ablation in condizioni di UHV con diagnostica RHEED in situ. - Forni ed attrezzature per la sintesi dei materiali. - Microscopio elettronico a scansione - laboratorio di metallografia. - microscopio a forza atomica - laboratorio di deformazione meccanica - Vari diffrattometri x. -PPMS- 0- 9T con inserto per misure magnetometriche DC a campione vibrante, uno per misure di trasporto elettrico in AC e DC, ed uno per misure di suscettometria AC -Strumentazione per la misura di proprietà elettriche di campioni superconduttivi (caratteristiche I-V, resistività) 0-2 T, 4.2K - 300K, -Sistema criomagnetico cryogen-free 0-9T e 1.6K -300 K -magnetometro/suscettometro in alto campo 16T. -Sistema per misure termo gravimetriche ed analisi termica differenziale (300- 1750 °C) -Calorimetro a scansione differenziale (-190°C-200°C) -Strumentazione associata a misure di rumore: CRYOCOOLER JANIS [8 - 325] K; ANALIZZATORE DI SPETTRO (literal)
Tematiche di ricerca
  • La ricerca è incentrata sullo studio di materiali superconduttori. Per questo verranno prodotti campioni in forma di bulk, cristalli, film sottili, fili e cavi che verranno caratterizzati con numerose tecniche di indagine strutturale, morfologica e fisica. Le proprietà superconduttive saranno investigate avvalendosi di diverse tecniche di caratterizzazione elettrica, magnetica, termica, di rumore elettrico e di stabilità. L'attività sperimentale sarà supportata da modelli fenomenologici e da modelli teorici. In particolare si studieranno i superconduttori a base di Fe (FeS col duplice scopo di comprendere i meccanismi alla base della superconduttività e di indagare le loro potenzialità applicative e lo studio verrà esteso ad altri sistemi in cui la superconduttività coesiste con l'ordinamento magnetico. Per quanto riguarda il MgB2 la commessa è dedicata allo sviluppo tecnologico di cavi di tale materiale per il suo impiego in applicazioni di potenza. Questa ricerca si inserisce nello sviluppo e trasferimento di nuove tecnologie fabbricative che consentiranno un più rapido impiego industriale della superconduttività. (literal)
Competenze
  • - sintesi di nuovi materiali bulk - caratterizzazioni strutturali e morfologiche dei materiali - sintesi di materiali in forma di films sottili per ablazione laser - caratterizzazioni strutturali e morfologiche di films sottili - misura delle proprietà magnetiche e termiche - misura delle proprietà di trasporto - Misura delle proprietà ottiche - metallurgia - superconduttività e magnetismo - fluttuazioni superconduttive - Misura delle proprietà di trasporto in nastri superconduttori per applicazioni elettrotecniche. -Misura di instabilità elettronica e/o termomagnetica nel materiale superconduttore -Misure di corrente critica, stabilita' in nastri superconduttori, propagazione del quench -Analisi termiche (Analisi Termica Differenziale, Analisi Termo-Gravimetrica e Calorimetria Differenziale a Scansione) -Microscopia Ottica in Luce Polarizzata -Misure di fluttuazioni e foto risposta a stimoli ottici di durata fino a 0.1 ps e lunghezza d'onda dall'infrarosso al visibile, ed a diverse temperature (da 4 a 300 K); con possibilità di analizzare la risposta elettrica in una banda di frequenza da 0 a 9 Ghz. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • La superconduttività ha importanti nel campo della trasmissione di energia, ma anche nella generazione, immagazzinamento e per dispositivi di energia per la rete intelligente. (literal)
Tecnologie
  • - tecniche criogeniche e da vuoto, utilizzo di criostati in flusso di He dotati di magneti superconduttori fino a 16 T. - Utilizzo di sistemi cryogen free per le misure elettriche delle proprietà dei superconduttori. (literal)
Obiettivi
  • • Preparazione di superconduttori FeSC in forma di bulk, film sottili e ottimizzazione delle tecniche di sintesi • Studio teorico e sperimentale di proprietà strutturali, trasporto, termiche, ottiche, magnetiche dei FeSC • Studio sperimentale e teorico delle proprietà superconduttrici, campi critici, fluttuazioni termodinamiche e dei fenomeni dissipativi e dei meccanismi di pinning in presenza di campo magnetico ed al variare della temperatura e nel limite di alte correnti. • Studio di fluttuazioni magnetiche in prossimità di transizioni di fase quantistiche in fermioni pesanti. • Indagine sui diagrammi di fase di materiali superconduttori con tecniche di calorimetria differenziale ed analisi termo gravimetrica • Spettroscopia di rumore elettrico per la riduzione del rumore intrinseco del materiale • Sviluppo e test di nastri e cavi di MgB2 e miglioramento delle prestazioni in alto campo • Acquisizione di nuove conoscenze per lo sviluppo di nastri/fili di MgB2 operanti in corrente alternata (perdite a.c., perdite isteretiche, perdite da correnti indotte) • Studio della stabilità in nastri HTS (propagazione del quench, flux jumps) (literal)
Stato dell'arte
  • Le scoperte dei superconduttori ad alta Tc (HTS) e recentemente di quelli a base di Fe (FeS) hanno mostrato che non ci sono limiti all'innalzamento della Tc, ma che questo è possibile grazie a meccanismi non convenzionali. Un aspetto della ricerca riguarda quindi i meccanismi che sono responsabili della superconduttività e come influenzano le proprietà superconduttive importanti per le applicazioni. Lo studio di questi materiali si presta quindi sia alla ricerca di base che di quella applicata, attraverso l'impiego di tecniche di indagine multidisciplinari rivolte allo studio delle proprietà elettroniche, strutturali, chimiche, morfologiche, nonché alla caratterizzazione delle proprietà funzionali strettamente connesse all'ottimizzazione delle prestazioni del materiale stesso. Nel panorama dei superconduttori interessanti per le applicazioni, da quelli tradizionali a bassa temperatura (LTS) a quelli agli HTS, includendo i più recenti, non convenzionali a causa della natura a molte bande (MgB2), o alla presenza di Fe (FeS), molti aspetti necessitano un ulteriore approfondimento, quali per esempio il comportamento granulare, gli stati dissipativi al di sopra della corrente critica. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Tecniche numeriche per lo studio della dinamica dei vortici in superconduttori del II tipo - modellizzazione di sistemi a molte bande - modellizzazione delle fluttuazioni nello stato superconduttore - Analisi dei tempi caratteristici di scattering delle quasi-particelle - Analisi della risposta magnetica di materiali con coesistenza di caratteristiche magnetiche e superconduttive - Sviluppo di modelli dinamici della distribuzione della potenza nelle reti elettriche -modellizzazione del trasposto di corrente in sistemi granulari in correlazione con analisi microstrutturale (literal)
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