Hvad er superledende materiale

Når temperaturen falder til en bestemt kritisk temperatur, forsvinder nogle materialers modstand helt. Dette fænomen kaldes superledningsevne, og materialer med dette fænomen kaldes superledende materialer. Et andet træk ved superledere er, at når modstanden forsvinder, vil de magnetiske induktionslinjer ikke passere gennem superlederen. Dette fænomen kaldes diamagnetisme.

Modstanden for almindelige metaller (såsom kobber) falder gradvist med temperaturfaldet. Når temperaturen er tæt på 0K, når dens modstand en bestemt værdi. I 1919 brugte den hollandske videnskabsmand Onnes flydende helium til at afkøle kviksølv. Da temperaturen faldt til 4,2 K (dvs. -269 ° C), fandt han, at kviksølvs modstand forsvandt fuldstændigt.

Superledningsevne og diamagnetisme er to vigtige egenskaber ved superledere. Den temperatur, ved hvilken superlederens modstand er nul, kaldes den kritiske temperatur (TC). Problemet i undersøgelsen af ​​superledende materialer er at bryde igennem" temperaturbarriere" det vil sige at finde superledende materialer med høj temperatur.

Praktiske superledende materialer repræsenteret af NbTi og Nb3Sn er blevet kommercialiseret og er blevet anvendt på mange områder såsom human magnetisk resonansbilleddannelse (NMRI), superledende magneter og store acceleratormagneter; SQUID er blevet brugt som en model af superleder svage strøm applikationer. Det spiller en vigtig rolle i måling af svage elektromagnetiske signaler, og dets følsomhed er uopnåelig af andre ikke-superledende enheder. Men fordi den kritiske temperatur hos konventionelle lavtemperatur-superledere er for lav, skal de anvendes i dyre og komplicerede flydende heliumsystemer (4.2K), som alvorligt begrænser udviklingen af ​​superledende applikationer ved lav temperatur.

Fremkomsten af ​​højtemperaturoxid-superledere har brudt gennem temperaturbarrieren og hævet anvendelsestemperaturen for superledningsevne fra flydende helium (4,2K) til flydende nitrogen (77K). Sammenlignet med flydende helium er flydende nitrogen et meget økonomisk kølemiddel og har en højere varmekapacitet, hvilket giver stor bekvemmelighed til tekniske applikationer. Derudover har højtemperatur superledere meget høje magnetiske egenskaber og kan bruges til at generere stærke magnetfelter over 20T.

De mest attraktive anvendelser af superledende materialer er elproduktion, kraftoverførsel og energilagring. Brug af superledende materialer til at fremstille spolemagneten til en superledende generator kan øge generatorens magnetiske feltstyrke til 50.000 til 60.000 Gauss, og der er næsten intet energitab. Sammenlignet med konventionelle generatorer øges den enkelt kapacitet af superledende generatorer med 5 ~ 10 gange, elproduktionseffektiviteten øges med 50%; superledende transmissionslinjer og superledende transformere kan overføre strøm til brugerne næsten uden tab. Ifølge statistikker er ca. 15% af effekttabet i kobber- eller aluminiumtrådtransmission på transmissionsledningen. I Kina er det årlige strømtab mere end 100 milliarder grader. Hvis det ændres til superledende kraftoverførsel, svarer den sparede energi til de nye snesevis af store kraftværker; funktionsprincippet med superledende maglev-tog er at bruge superledende materialers diamagnetiske egenskaber til at reducere superledende materialer. Det ledende materiale er placeret over den permanente magnet (eller magnetfeltet). På grund af superlederens diamagnetisme kan magnetens magnetiske feltlinjer ikke passere gennem superlederen. Frastødende kraft vil blive genereret mellem magneten (eller magnetfeltet) og superlederen, hvilket får superlederen til at svæve over den. Denne form for magnetisk levitationseffekt kan bruges til at fremstille højhastigheds superledende magnetiske levitationstog, såsom højhastighedstog i Shanghai Pudong International Airport; til superledende computere kræver højhastighedscomputere tæt arrangement af komponenter og forbindelsesledninger på integrerede kredsløbschips, men tæt arrangerede kredsløb Der genereres en stor mængde varme under drift. Hvis et superledende materiale med en modstand tæt på nul bruges til at fremstille en forbindelsestråd eller en superledende enhed med ultra-mikroopvarmning, vil der ikke være noget varmespredningsproblem, og computerens hastighed kan forbedres kraftigt.