Coherent unterzeichnet Partnerschaft, um die Herstellung supraleitender Hochtemperaturbänder mit LEAP-Lasern zu revolutionieren

Kürzlich unterzeichneten der US-amerikanische Photonikriese Coherent und die japanische Faraday 1867 Holdings eine Absichtserklärung (LOI) mit dem Ziel, die Herstellung von Hochtemperatur-Supraleiterbändern (HTS) für den großflächigen Einsatz in Fusionsreaktoren auszuweiten und dabei zu helfen Treiben Sie den Übergang zu grüner Energie voran. Die Excimer-Laser von Coherent in Diese Zusammenarbeit verspricht eine breitere Anwendung.
Im letzten Jahrzehnt hat die sich schnell entwickelnde Aussicht auf kohlenstofffreie Energie zu Fortschritten bei Tokamak-Geräten geführt und gleichzeitig die Nachfrage nach supraleitenden Hochtemperatur-Magnetbändern erhöht. Hochtemperatur-supraleitende Magnetbänder, eine Schlüsseltechnologie bei der Herstellung ultrastarker Elektromagnete, werden hauptsächlich in Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss eingesetzt, um Plasma einzuschließen und zu kontrollieren. Insbesondere Faraday Factory Japan LLC, eine japanische Tochtergesellschaft von Faraday 1867 Holdings, hat sich zum weltweit führenden Hersteller von Hochtemperatur-Supraleiter-Magnetbändern (HTS) entwickelt.
Der LEAP-Excimerlaser von Coherent, ein gepulstes Laserdepositionsprodukt nach Industriestandard, hat dem Herstellungsprozess von Hochtemperatur-Supraleiterbändern einen erheblichen Schub verliehen.
Laut Tokamak Energy, einem britischen Fusions-Startup, dienen Magnetfelder dazu, geladenes Plasma in einem Tokamak-Gerät einzuschließen und zu kontrollieren. Diese starken Magnetfelder ermöglichen es dem Plasma, sich auf Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius zu erhitzen – die Schwelle, die erforderlich ist, damit die Kernfusion zu einer kommerziell nutzbaren Energiequelle wird. Danach ermöglichen die leistungsstarken Magnete in einem kugelförmigen Tokamak einen kompakteren Einschluss, wodurch die Plasmadichte und -leistung erhöht wird und gleichzeitig die teure Kühlung mit flüssigem Helium entfällt.
Starke Magnetfelder können erzeugt werden, indem hohe Ströme um eine Reihe von Elektromagnetspulen geleitet werden, die das Plasma umgeben. Die Magnete sind mit einem von Tokamak Energy als „bahnbrechendes“ hochtemperatursupraleitendes Magnetband umwickelt.
Verarbeitung funktioneller Beschichtungen
Faraday Factory Japan LLC, eine Tochtergesellschaft von Faraday 1867 Holdings, produziert seit 2012 hochtemperatursupraleitende Magnetbänder. Die oben genannte Absichtserklärung bezieht sich auf die Strategie der japanischen Fabrik, die weltweite Nachfrage nach HTS-Bändern zu decken, und Coherent gibt an, dass die Nachfrage nach Es wird erwartet, dass sich die Zahl solcher Bänder bis 2027 verzehnfacht.
Das japanische Unternehmen nutzt ionenstrahlunterstützte Abscheidung (IBAD), gepulste Laserabscheidung (PLD), Silber-Magnetron-Sputtern und elektrochemische Kupferbeschichtung, die mehrere Herstellungsschritte zur Herstellung solcher Bänder erfordern. Von diesen ist die Excimer-basierte gepulste Laserabscheidung (PLD) die einzige bewährte Massenproduktionsmethode zur Herstellung von Seltenerd-Barium-Kupferoxid-Filmen (REBCO) mit den für mehrschichtige HTS-Bänder erforderlichen Qualitäten.
„Pulsed Laser Deposition (PLD) ist ein sehr leistungsstarkes Werkzeug zur Herstellung hochwertiger Funktionsbeschichtungen“, beschreibt Faraday Plant auf seiner Website. Der Abscheidungsprozess wird dadurch erzeugt, dass eine Wolke von Laserstrahlen auf ein Ziel auf einem Metallband mit einer Pufferschicht trifft hohe Temperaturen.HTS-Verbindungen sind komplexe Oxidmaterialien, und das PLD-Verfahren spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Hochtemperatur-Supraleiterschichten mit streng kontrollierter Zusammensetzung, Dicke und Mikrostruktur.“
In der Absichtserklärung des Unternehmens mit Coherent soll eine Strategie zur Steigerung der Fertigungskapazitäten für Hochtemperatur-Supraleiter mithilfe des „LEAP“-Lasers des Unternehmens dargelegt werden.
Coherent sagte: „Kohärente LEAP-Excimerlaser sind der Industriestandard für programmierbare Logikgeräte zur Herstellung von HTS-Bändern. LEAP-Laser basieren auf Argonfluorid (ArF), Kryptonfluorid (KrF) und Xenonchlorid (XeCl)-Quellen und emittieren bei Wellenlängen von 193 nm, 248 nm bzw. 308 nm und Ausgangsleistungen von bis zu 300 W. Sie werden bereits in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise als Laserlifter für die Herstellung organischer LED- und MicroLED-Displays.
Jenseits der Fusion
Kai Schmidt, Senior Vice President der Excimer-Laser-Geschäftseinheit von Coherent, sagte: „Wir wissen, dass die am Fusionsenergiewettlauf beteiligten Länder hart daran arbeiten, die Lieferkette für Hochtemperatur-Supraleiterbänder zu beschleunigen, die jährlich um Tausende von Kilometern wächst.“ um die Fusionstechnologie zügig voranzutreiben.“
Sergey Lee, repräsentativer Direktor des japanischen Werks von Faraday, fügte seinerseits hinzu: „Wir arbeiten seit mehr als einem Jahrzehnt mit Faraday 1867 zusammen und unsere Laser sind bestrebt, eine wichtige Rolle in der Hochlaufphase der HTS-Bandproduktion zu spielen.“ .Die Anwendungsbereiche für HTS-Bänder beschränken sich nicht nur auf Fusionsreaktoren- -Sie umfassen verlustfreie Energieübertragung, CO2-freie Luftfahrt- und Containerschiffe, heliumfreie NMR-Systeme, fortschrittliche Antriebssysteme für Raumfahrzeuge und mehr. Diese Anwendungen sind treibend Der Markt für HTS-Bänder verzeichnet ein zweistelliges jährliches Wachstum, daher ist die Dringlichkeit einer Investition in die Produktionskapazitäten für HTS-Bänder klar.“
HTS-Band ist eine der Schlüsseltechnologien, die Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss wie den Tokamak ermöglichen. Tokamak-Designs sind einfacher, kompakter und kostengünstiger im Betrieb als frühere Technologien. HTS-Bänder können bei Temperaturen im Bereich von mehreren zehn Kelvin betrieben werden, sodass keine teuren Kühlsysteme erforderlich sind, die auf der nicht nachhaltigen Flüssighelium-Technologie basieren. Es wird erwartet, dass Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss letztendlich in der Lage sein werden, Gigawatt kohlenstofffreien Strom mit einem Nettogewinn von mehr als 10 Prozent zu erzeugen, und könnten somit eine wichtige Rolle beim globalen Übergang zu grüner Energie spielen.