3D打印超導時代即將到來！？

3D打印在科研上的應用近日又出現(xiàn)了突破性進展 — 澳洲墨爾本大學宣布他們成功通過3D打印技術(shù)制造出了兩個超導鋁微波諧振腔，而經(jīng)過測試，它們成功表現(xiàn)出了足以媲美現(xiàn)有傳統(tǒng)諧振腔的超導特性。

研究的領導者Daniel L. Creedon博士表示，這項成果對于科學研究來說具有重大意義，因為微波諧振腔是一種非常重要的科研工具。它能儲存微波的能量，通過與腔面材料的電子相互作用產(chǎn)生共鳴，從而用于加速粒子加速器中的帶電粒子，探測它們的運動，測量光速等。

但這種工具對精度的要求非常高，如果使用傳統(tǒng)工藝制造不但成本很高，而且很費時間。不過，此次3D打印版本的成功卻表明，這個痛點是可以解決的。

微波諧振腔的數(shù)字3D模型

據(jù)南極熊了解，Creedon團隊此次采用的方法則是常規(guī)的金屬3D打印技術(shù) — 選擇性激光燒結(jié)（SLS），具體來說就是通過激光燒結(jié)鋁合金粉末，然后逐層堆積直至最終成型。至于所用的粉末則是Al-12Si而非傳統(tǒng)的Al-6061。比起后者，這種鋁合金的硅含量更高（12%對0.8%），而鐵、銅和鎂的含量都更低。

在測試中，Creedon團隊驚喜地發(fā)現(xiàn)，這兩個用新材料3D打印而成的微波諧振腔在1.2K（-271.95℃，已十分接近絕對零度）的低溫下表現(xiàn)出了與現(xiàn)有微波諧振腔類似的超導特性。這就意味著它是可以正常使用的。隨后，為了提高性能，他們還對其中一個做了低溫退火處理 — 首先對內(nèi)壁進行拋光，然后加熱至426℃并保持4小時再冷卻以“驅(qū)趕”出材料中的硅元素。

另外，Creedon團隊還表示，如果使用更純凈的鋁粉末制造，諧振腔的性能會更好，同時內(nèi)部形狀更復雜的諧振腔也能改用3D打印技術(shù)制作以提高性能。
在南極熊小編看來，這或許意味著一個嶄新的時代即將到來。因為超導的應用價值非常高，比如利用超導線圈磁體制造的超導發(fā)電機，其磁場強度可以高到5萬～6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，單機發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機提高5～10倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50%。還有就是超導電線或超導變壓器，可以幾乎無損耗的傳輸電能。要知道用銅或鋁導線輸電，約有15%的電能會損耗在輸電線路上。僅僅在中國，如此損失的電力每年就有1000多億度。如果超導輸電能實現(xiàn)，節(jié)省的電能相當于新建數(shù)十個大型發(fā)電廠。

不過超導材料的開發(fā)和制造都非常昂貴，而且它們往往必須在很低的溫度下才能表現(xiàn)出超導特性。所以，此次3D打印超導體的成功或許能成為一種全新的研究方法，或是一種降低制造成本的新途徑。

延伸閱讀：《墨爾本研究人員使用3D打印技術(shù)開發(fā)“軟骨”》

via 3ders