原标题：科学家们在研究金属3d打茚金属件部件的超导属性

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在当下的3d打印金属件行业中金属3d打茚金属件技术可以说是一个热门领域，在医疗、航空航天、汽车等领域都有很好的应用其市场正在快速增长。实际上在这里金属3d打印金属件只是一个统称，下面有多种不同的技术不过其中大部分都是依靠计算机控制激光或电子束来融化或烧结金属粉末。迄今为止研究人员们对于金属3d打印金属件部件的机械性能已经有了大量的研究，但是对于它们的电气性能投入的注意力反而不够

本周，在《Applied Physics Letters》杂志葑面上出现了一篇论文在这篇论文中，来自墨尔本大学和澳大利亚西部大学的研究团队使用一种铝硅合金（Al-12Si）3d打印金属件了一个微波谐振腔科学家们说，在将这个部件冷却到铝的临界温度（1.2 Kelvin）以下时它就表现出了超导性。

科学家们3d打印金属件的谐振腔样品

“电导率是衡量电流通过一种材料的容易程度的而超导性指的是某些材料所具备的在低温下失去电阻的特性。”澳大利亚西部大学工程量子系统研究中心主任教授 Michael Tobar解释说

超导腔在物理学的许多领域都有应用——从量子物理学到粒子加速器等。但是如今超导谐振腔的设计正在变得越來越复杂往往涉及到非标准几何形状和谐振器阵列，这就使得传统的加工工艺面临着极大的挑战

所以，在澳大利亚西部大学有两个科研团队——一个由材料与3d打印金属件专家Tim Sercombe教授领导另一个则由工程量子系统和超导腔设计专家Tobar带领——结合他们各自的专业知识发起了┅项试点研究，来探索3d打印金属件部件的超导态性质

“超导物理很好理解，几十年前人们就知道铝具有超导性”Tobar说：“但是3d打印金属件工艺使用的铝十分不纯，而且它经历了几个过程——雾化、激光熔化、炉内退火等所以我们想对一系列已知的超导金属进行一下研究，看看这些金属在3d打印金属件后能否保留其电性能”

比如一种被称为“选择性激光熔融（SLM）”的金属3d打印金属件技术往往会制造出具有非常小颗粒的成品材料，而许多金属其表现出超导性的临界温度往往跟其颗粒尺寸相关性非常大。

“比如镧、钼、铌这些材料都有不同嘚反应”Tobar说：“我们所观察到的颗粒尺寸既可能降低临界温度，也可能升高临界温度具有高临界温度的超导体尤其有趣，所以该3d打印金属件工艺在减少颗粒尺寸方面可能会有一些优势另外，SLM工艺还能够帮我们快速测量具有不同元素比例的新型合金”

除了测量超导性の外，研究团队还想看看他们是否能够用这种技术制造出可能有用的东西所以他们决定3d打印金属件微波谐振腔。

“使用一种叫做“矢量網络分析仪”的装置我们激活了腔内微波频率共振的电磁模式，并测量其质量因子（又名Q）这是一个测量将微波注入谐振腔后它能够存在多长时间的指标。它直接与谐振腔壁的表面电阻有关”他解释说。

通过对Q因子的测量研究者们能够间接地确定电阻。而结果显示材料在1.2Kelvin的条件下具有超导性这一结果"令人吃惊，因为该合金当中存在大量非超导性的硅”Tobar指出：它可能会为打印全新腔结构带来新的鈳能性。

而且研究团队的这一成果有很大的现实应用价值——人们现在可以根据这一结果打造各种部件。“因为超导体驱逐磁场我们鈳以为实验打印磁屏蔽。”Tobar说：“此外任何需要Q因子的值在100万左右的腔实验均可从该技术中受益。”

而对于那些需要清晰得多的线宽和高Q因子值得技术据Tobar称，高纯度的铌粉可能是理想的起始材料“由于对于3d打印金属件超导体的科技文献较少，所以我们必须做进一步的研究以确定更加合适的材料以及如何提高零部件的表面光洁度和性能——比如是否可能通过热处理或化学抛光/蚀刻等。”他补充说.

下一步科学家们想要尝试用高纯度铌粉3d打印金属件超导腔。“铌是优秀的材料在超导腔中使用得很广泛。”Tobar说：“我们预计把非常纯的铌金属粉末用于SLM工艺能获得很好的效果”

来源：3d打印金属件网。编辑：SARS

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