สหรัฐอเมริกาสร้างสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวด (Superconducting Wire) ที่ดีที่สุดในโลก

กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบัฟฟาโล (Department of Chemical and Biological Engineering at the University at Buffalo) เปิดตัวสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลก (high-temperature superconducting wire ; HTS wire) ด้วยการสร้างสารเคลือบที่มีความหนาเพียง 0.2 ไมครอน หรือบางกว่าเส้นผมมนุษย์ ที่มีความหนาเฉลี่ยโดยประมาณ 100 ไมครอนถึง 500 เท่า แล้วมาเคลือบกับสายไฟพิเศษ ทำให้สามารถแสดงคุณสมบัติการนำไฟฟ้ายิ่งยวดได้ดีขึ้น

Superconducting Wire ที่ดีที่สุดในโลก

สารตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวด (Superconductor) เป็นสารที่สามารถนำไฟฟ้าได้ดีที่สุด เนื่องจากปราศจากแรงต้านทานทางไฟฟ้าภายในตัววัสดุ อย่างไรก็ตาม การใช้งานสารตัวนำไฟฟ้ายิ่งยวดในรูปแบบต่าง ๆ ถูกจำกัดไว้ด้วยอุณหภูมิที่เหมาะสม ซึ่งอยู่ที่ระดับศูนย์องศาสัมบูรณ์ (Absolute zero) ที่ 0 องศาเคลวิน หรือประมาณ -273 องศาเซลเซียส 

แต่สายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวด ที่ทีมมหาวิทยาลัยบัฟฟาโลได้ออกแบบขึ้น ระบุว่าสามารถใช้งานได้ในอุณหภูมิ -268 ถึง -196 องศาเซลเซียส ด้วยเทคนิคการพัฒนาใหม่ ซึ่งมีพื้นฐานมาจากการต่อยอดเทคโนโลยีการผลิตสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่เรียกว่า “แรบบิตส์” (RABiTS) เพื่อพัฒนาสาร HTS เคลือบลงบนสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่มีอยู่เดิม

โดยเทคนิค RABiTS (Rolling Assisted Biaxially Textured Substrates) เป็นชื่อเทคโนโลยีการผลิตสารตัวนำยิ่งยวดเชิงพาณิชย์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ในปัจจุบันของสหรัฐอเมริกา แต่นักวิจัยได้ต่อยอดด้วยการรวมกับเทคโนโลยีเฉพาะทางต่าง ๆ ได้แก่ ไอแบด IBAD (Ion-Beam Assisted Deposition) หรือเทคโนโลยีการจัดเรียงตัวด้วยการยิงลำแสงประจุลบ และเทคโนโลยีการจัดเรียงตัวของสารในระดับนาโน (Nanocolumnar Defects at Nanoscale Spacings Technology) เพื่อจัดเรียงสาร HTS ที่ผลิตขึ้นมาและเคลือบลงบนสายไฟที่ชื่อว่า เรบโค REBCO (Rare-Earth Barium Copper Oxide) 

ผลลัพธ์การพัฒนา Superconducting Wire ที่ดีที่สุดในโลก

โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งที่นักวิจัยทำก็คือการต่อยอดพื้นฐานการผลิตสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดเดิมให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้วยการปรับแต่งการเรียงตัวของสารในสายไฟในระดับนาโน เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งผลการทดลองพบว่า สายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่เคลือบสาร HTS สามารถนำไฟฟ้าได้ที่ 20 องศาเคลวิน (-253.15 องศาเซลเซียส) สายไฟ HTS มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน 150 ล้านแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร 

โดยผลลัพธ์ดังกล่าวสรุปได้ว่า ทีมนักวิจัยได้ทำให้สายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดที่มีอยู่เดิมมีประสิทธิภาพสูงขึ้นด้วยการสร้างสารเคลือบที่มีความหนา 0.2 ไมครอน ลงบนสายไฟนำไฟฟ้ายิ่งยวดเดิมอย่าง REBCO ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงขึ้นกว่าเดิม เพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาอุตสาหกรรมสารตัวนำยิ่งยวดต่อไป โดยผลงานวิจัยดังกล่าวตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการเนเชอร์ (Nature) เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

ข้อมูลจาก Interesting Engineering

ภาพจาก University of Buffalo