11.12.2018

Młody naukowiec wyróżniony w konkursie na artykuł popularnonaukowy


Taśma z miedzi, na której osadzono podwarstwy przejściowe tlenku magnezu i azotku tytanu

W konkursie „Skomplikowane i proste. Młodzi uczeni o swoich badaniach” na najlepiej napisane i najbardziej przekonujące artykuły popularnonaukowe autorstwa młodych badaczy wyróżnienie otrzymał absolwent studiów doktoranckich na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej dr inż. Grzegorz Szwachta.

W artykule pt. „Autostrada dla prądu” młody naukowiec w przystępny sposób opisał swoje badania nad wytwarzaniem i charakterystyką mikroskopową cienkich warstw przejściowych służących jako bariery dyfuzyjne w technologii kabli nadprzewodzących. Już teraz obecnie produkowane przewody z powodzeniem pozwalają transportować prąd elektryczny na duże odległości bez strat związanych z oporem.

W podczas transportu prądu elektrycznego z elektrowni do naszych domów tracimy około 10% energii. Problem ten można rozwiązać poprzez zastosowanie nadprzewodników wysokotemperaturowych, dla których w niskich temperaturach obserwuje się spadek ich oporu elektrycznego do zera. Niestety nadprzewodniki wysokotemperaturowe są kruchymi ceramikami i niemożliwe jest wytwarzanie z nich przewodów dobrze znanymi metodami. Stąd w 1996 r. naukowcy z amerykańskiego laboratorium Oak Ridge National Laboratory zaproponowali, aby nadprzewodniki wysokotemperaturowe osadzać w postaci cienkich warstw na odpowiednio przygotowane taśmy metaliczne. Pozwala to na formowanie warstw nadprzewodzących w długie odcinki bez obaw o ich pękanie. Warunki osadzania wymuszają wcześniejsze pokrywanie powierzchni metalicznej taśmy podwarstwami przejściowymi, które służą jako bariery dyfuzyjne. Własności użytkowe kabli nadprzewodzących okazały się atrakcyjne dla zastosowań przemysłowych, a ich poprawa jest wyzwaniem badawczo-rozwojowym z pogranicza metalurgii, inżynierii materiałowej i fizyki. Ciekawym przykładem skuteczności kabli jest w pełni komercyjna linia przesyłowa zlokalizowana w Essen w Niemczech, zrealizowana w ramach projektu AmpaCity.

Dr inż. Grzegorz Szwachta skupił się na poszukiwaniu nowych rozwiązań, które w przyszłości mogłyby pozwolić zastosować kable nadprzewodzące do magazynowania energii elektrycznej lub wytwarzania wysokich pól magnetycznych. W tym wypadku niezbędne jest zastąpienie powszechnie stosowanego ferromagnetycznego podłoża wykonanego ze stopów niklu, np. poprzez wykorzystanie taśm na bazie miedzi i jej stopów. Zmiana podłoża pociąga za sobą potrzebę wykonania innych podwarstw przejściowych, które połączą warstwę nadprzewodzącą z metalem. Naukowiec badał czy istnieje szybszy i tańszy sposób wytwarzania podwarstw azotku tytanu (TiN) oraz tlenku magnezu (MgO), które można skutecznie połączyć z miedzią i nadprzewodnikami wysokotemperaturowymi.

Badania prowadzone były w ramach pracy doktorskiej, a następnie projektu realizowanego w Akademickim Centrum Materiałów i Nanotechnologii AGH z grantu Preludium finansowanego przez Narodowego Centrum Nauki. Naukowca interesowało czy zmiana grubości podwarstw przejściowych TiN i MgO w istotny sposób wpływa na ich własności ochronne. Redukcja grubości lub w skrajnym przypadku ich eliminacja to jeden z najpoważniejszych obecnie problemów badawczo-rozwojowych. Oczekuje się, że warstwy nadprzewodzące będą bezpośrednio połączone z metaliczną taśmą, gdyż wytwarzanie podwarstw przejściowych, pełniących bardzo ograniczoną funkcję, jest kosztowne i czasochłonne.

Konkurs „Skomplikowane i proste. Młodzi uczeni o swoich badaniach” zorganizował po raz 14 miesięcznik „Forum Akademickie”. Spośród nadesłanych przez młodych badaczy artykułów popularnonaukowych jury wybrało prace sprawnie napisane, najbardziej przekonujące, poprawne merytorycznie, ukazujące autentyczne zaangażowanie w wykonywane badania i świadomość stosowanych metod oraz odznaczające się oryginalnym pomysłem popularyzatorskim.