Technological solutions and laser processes for the development of superconductor-based applications.

El trabajo realizado en esta tesis doctoral aborda diferentes retos asociados con la implantación de tecnología superconductora en diversas aplicaciones. En la primera parte, se analiza la estabilidad térmica de cables y bobinas superconductoras. En particular, se ha estudiado la generación y propagación de quench en cables de diboruro de magnesio (MgB2) con geometría Rutherford. Se han empleado dos configuraciones para estudiar la dinámica de quench en estos conductores: la generación de calor localizada, simulando un punto caliente gracias a un calentador externo; y la aplicación de sobrecorrientes (corrientes por encima de la corriente crítica del cable). Además, se ha analizado la estabilidad térmica de una bobina tipo doble pancake fabricada con cinta de material superconductor de alta temperatura de segunda generación (2G-HTS), la cual se bobinó de forma continua y sin aislamiento entre espiras. La bobina se ancló térmicamente al dedo frío de un crio-generador para ser enfriada por conducción. Se ha analizado el comportamiento térmico y electromagnético de esta bobina incluyendo los procesos de carga y de descarga, la medida de la corriente crítica de la bobina, las pérdidas generadas, y sus diferentes contribuciones, durante las rampas de carga y descarga, así como la conductancia térmica que se establece en las diferentes uniones térmicas que se han utilizado para refrigerar la bobina.Para poder realizar estos estudios fue necesario inyectar de forma estable corrientes por encima de los 400 A. Esto supuso un reto por el calor generado en el equipo y en las barras de corriente, con un extremo a temperatura ambiente y otro a temperaturas criogénicas, por lo que son necesarios disipadores térmicos, que deben tener buena conductancia térmica y aislamiento eléctrico. En esta tesis se ha propuesto para esta aplicación emplear piezas de cobre recubiertas por una capa de alúmina proyectada por plasma, que es posteriormente densificada y re-fundida mediante el procesado láser de superficies, consiguiendo así una mejora notable de su conductividad térmica.Otro de los objetivos que se han abordado en este trabajo fue estudiar si las propiedades superconductoras pueden verse modificadas por la interacción con radiación láser. La versatilidad de las tecnologías láser permite facilitar la formación de nanoestructuras en la superficie del material con una disposición casi periódica, lo que abre un nuevo camino a la ingeniería de superficies. En esta tesis se ha estudiado como los tratamientos láser pueden modificar las propiedades superconductoras del material. Para estos estudios se han utilizado muestras de niobio por ser el elemento puro superconductor con una temperatura crítica y campos magnéticos críticos más altos. Dichas estructuras han sido generadas con distintos láseres: un láser ultravioleta con pulsos en el rango de cientos de picosegundos, y dos láseres que emiten pulsos en el infrarrojo cercano en el rango de los femtosegundos. Además, se han estudiado tratamientos en diferentes atmósferas. Esta modificación superficial es de gran interés para una aplicación directa del material, como es la construcción de cavidades resonantes de radio frecuencia.<br /

Análisis de los procesos de interacción laser- materia en materiales metálicos

Después de varios años de investigación y desarrollo, la tecnología láser se ha convertido en uno de las herramientas más comunes que se utilizan en casi cualquier industria. El láser es bien conocido por su alta precisión, ambientalmente amigable y rentable para la producción. Por esta razón, siguen surgiendo nuevas aplicaciones de láser, especialmente en la industria manufacturera.El objetivo de este proyecto es estudiar la interacción del láser cuando incide sobre la superficie de los metales, en particular cuando se utilizan láseres emitiendo pulsos de centenares de ps. En este proyecto nos hemos centrado en la interacción de los láseres con el Aluminio 6061. Se ha trabajado con láseres emitiendo con dos longitudes de onda, un láser de Infrarrojo cercano (n-IR) y uno de Ultravioleta (UV). Se han modificado los parámetros láser de procesado con el fin de analizar qué procesos y estructuras se generan en la superficie del metal. Después de cada experimento, las superficies tratadas se han analizado con microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM) disponible en el Servicio de Microscopia Electrónica de Materiales del Servicio General de Apoyo a la Investigación -SAI de la Universidad de Zaragoza. En este trabajo se describen los fundamentos del láser, la influencia de las propiedades del material en el proceso de interacción láser-materia y la generación de LIPSS en la superficie del metal. Los resultados se han analizado con el fin de determinar la influencia de diversas variables de procesado (longitud de onda del láser, los valores de fluencia, la energía de incubación, la dirección de polarización y la atmósfera de procesado) en las nanoestructuras que se han generado en la superficie del metal

Normal zone in YBa2Cu3O6+xYBa_2Cu_3O_{6+x}-coated conductors

We consider the distribution of an electric field in YBCO-coated conductors for a situation in which the DC transport current is forced into the copper stabilizer due to a weak link -- a section of the superconducting film with a critical current less than the transport current. The electric field in the metal substrate is also discussed. The results are compared with recent experiments on normal zone propagation in coated conductors for which the substrate and stabilizer are insulated from each other. The potential difference between the substrate and stabilizer, and the electric field in the substrate outside the normal zone can be accounted for by a large screening length in the substrate, comparable to the length of the sample. During a quench, the electric field inside the interface between YBCO and stabilizer, as well as in the buffer layer, can be several orders of magnitude greater than the longitudinal macroscopic electric field inside the normal zone. We speculate on the possibility of using possible microscopic electric discharges caused by this large ($\sim$kV/cm) electric field as a means to detect a quench.Comment: 8 pages, 4 figure

Enhanced quench propagation in 2G-HTS coils co-wound with stainless steel or anodised aluminium tapes

Early quench detection and thermal stability of superconducting coils are of great relevance for practical applications. Magnets made with second generation high temperature superconducting (2G-HTS) tapes present low quench propagation velocities and therefore slow voltage development and high local temperature rises, which may cause irreversible damage. Since quench propagation depends on the anisotropy of the thermal conductivity, this may be used to achieve an improvement of the thermal stability and robustness of 2G-HTS coils. On pancake type coils, the thermal conductivity along the tapes (coil's azimuthal direction) is mostly fixed by the 2G-HTS tape characteristics, so that the reduction of anisotropy relies on the improvement of the radial thermal conductivity, which depends on the used materials between superconducting tapes, as well as on the winding and impregnation processes. In this contribution, we have explored two possibilities for such anisotropy reduction: by using anodised aluminium or stainless steel tapes co-wound with the 2G-HTS tapes. For all the analysed coils, critical current distribution, minimum quench energy values and both tangential and radial quench propagation velocities at different temperatures and currents are reported and compared with the results of similar coils co-wound with polyimide (Kapton®) tapes.This work was supported by the Spanish Ministerio de Economía y Competitividad and the European FEDER Program (Projects MAT2011-22719 and ENE-2014-52105-R), and by the Gobierno de Aragón (research group T12).Peer reviewe

Electromagnetic behaviour and thermal stability of a conduction-cooled, no-insulated 2G-HTS coil at intermediate temperatures

The electromagnetic and thermal properties of a double pancake coil made of second generation high temperature superconductor, 2G-HTS, have been studied. The coil was wound with no-insulation between turns (NI coil) and was later impregnated with epoxy resin and glued to a copper support plate. The coil was thermally anchored to the cryocooler cold finger and cooled by conduction. After several thermal cycles no degradation of its superconducting properties was observed. The coil was operated under high vacuum and high currents (up to 400 A in steady conditions) at different temperatures in the range between 5 K and 77 K, with special focus on the analysis above 30 K. The charge and discharge characteristics, and the experimentally measured and numerically estimated critical currents, have been studied. The different loss contributions during current ramp and the thermal contact conductance between different parts of the double pancake coil have been measured. The implications of these two factors on the thermal stability and the behaviour of the whole cryogenic system are discussed

Application of digital speckle interferometry to visualize surface changes in metallic samples immersed in Cu(NO3)2 solutions

Digital speckle pattern interferometry (DSPI) has been applied to analyze surface corrosion processes in a metallic sample immersed in a 0.1 M Cu(NO3)2 solution. The corrosion process induces changes in the surface and in the solution refractive index. A detailed analysis of the DSPI measurements has been performed to obtain a two-dimensional visualization of the surface changes and an evaluation of the refractive index changes of the solution. The possibilities of DSPI for measuring surface changes in these conditions have been analyzed.Funding of this research by Spanish MINECO and the European FEDER Program (Project MAT2011-22719) and by Gobierno de Aragón (Research groups T12 and T76) is gratefully acknowledged. Authors would also like to acknowledge the use of Servicio General de Apoyo a la Investigación-SAI, Universidad de Zaragoza.Peer Reviewe

Estudio sobre el empleo de YouTube como herramienta de Marketing en el sector literario por parte de las empresas editoriales

En los últimos años, el uso de redes sociales y plataformas online por las empresas como herramientas de Marketing a través de personas conocidas como influencers ha ido creciendo de forma exponencial. Este fenómeno ha ido aumentando gracias a la generalización del uso de dichas redes y plataformas, especialmente en los sectores de la moda y los cosméticos. No obstante, no son estos los únicos mercados en los cuales se hace uso de este tipo de Marketing. Al igual que existen canales de YouTube dedicados a moda, belleza, y videojuegos, entre otros, también existe un subconjunto denominado “BookTube”. Los BookTubers son creadores de contenido que suben vídeos centrados, principalmente, alrededor de los libros. Este subconjunto de YouTube no ha pasado desapercibido por las editoriales, las cuales vieron en estos vídeos una potencial herramienta de Marketing para promocionar sus nuevos lanzamientos mediante colaboraciones con los BookTubers con mayor número de seguidores. El propósito de este trabajo es, por lo tanto, explorar esta herramienta de Marketing en el sector literario, abordando el uso que las editoriales dan de la plataforma YouTube. En concreto, analizaremos la influencia que tienen el formato del vídeo y el patrocinio por parte de las editoriales sobre el engagement generado en los usuarios

Improved copper–epoxy adhesion by laser micro- and nano-structuring of copper surface for thermal applications

The objective of this work is the enhancement of metal-to-metal bonding to provide high thermal conductivity together with electrical insulation, to be used as heat sinks at room and cryo-genic temperatures. High thermal conductive metal (copper) and epoxy resin (Stycast 2850FT) were used in this study, with the latter also providing the required electrical insulation. The copper surface was irradiated with laser to induce micro- and nano-patterned structures that result in an improvement of the adhesion between the epoxy and the copper. Thus, copper-to-copper bonding strength was characterized by means of mechanical tensile shear tests. The effect of the laser processing on the thermal conductivity properties of the Cu/epoxy/Cu joint at different temperatures, from 10 to 300 K, is also reported. Using adequate laser parameters, it is possible to obtain high bonding strength values limited by cohesive epoxy fracture, together with good thermal conductivity at ambient and cryogenic temperatures. © 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland

Large enhancement of thermal conductance at ambient and cryogenic temperatures by laser remelting of plasma-sprayed Al2O3 coatings on Cu

Joints of high thermal contact conductance and electrical insulation have been obtained by coating copper supports with thin alumina (Al2O3) layers (of 140–150 µm thickness). This has been achieved by a combination of plasma spraying process and the subsequent coating remelting by a near-Infrared (n-IR) laser. With a proper optimization of the laser processing conditions, it is possible to transform the metastable ¿-Al2O3 phase of the as-sprayed coatings to stable a-Al2O3, and to achieve denser alumina coatings. This results in a large enhancement of the thermal conductance of the joints, enabling their application as heat sinks at cryogenic and ambient temperatures. The process proposed in this work is scalable for the formation of alumina coatings on large metallic pieces of complex geometries. © 202