Hva er superledende materiale

Når temperaturen synker til en viss kritisk temperatur, forsvinner motstanden til noen materialer helt. Dette fenomenet kalles superledningsevne, og materialer med dette fenomenet kalles superledende materialer. Et annet trekk ved superledere er at når motstanden forsvinner, vil de magnetiske induksjonslinjene ikke passere gjennom superlederen. Dette fenomenet kalles diamagnetisme.

Motstanden til generelle metaller (som kobber) avtar gradvis med temperaturfallet. Når temperaturen er nær 0K, når motstanden en viss verdi. I 1919 brukte den nederlandske forskeren Onnes flytende helium for å avkjøle kvikksølv. Da temperaturen falt til 4,2 K (dvs. -269 ° C), fant han at kvikksølvmotstanden forsvant helt.

Superledningsevne og diamagnetisme er to viktige kjennetegn ved superledere. Temperaturen der motstanden til superlederen er null kalles kritisk temperatur (TC). Problemet i undersøkelsen av superledende materialer er å bryte gjennom" temperaturbarriere" det vil si å finne superledende materialer med høy temperatur.

Praktiske superledende materialer representert av NbTi og Nb3Sn har blitt kommersialisert, og har blitt brukt på mange felt som human magnetisk resonans menneskelig avbildning (NMRI), superledende magneter og store akseleratormagneter SQUID har blitt brukt som en modell av superleder applikasjoner med svak strøm. Den spiller en viktig rolle i målingen av svake elektromagnetiske signaler, og dens følsomhet er uoppnåelig av andre ikke-superledende enheter. Men fordi den kritiske temperaturen til konvensjonelle lavtemperatur superledere er for lav, må de brukes i dyre og kompliserte flytende helium (4.2K) systemer, som sterkt begrenser utviklingen av superledende applikasjoner med lav temperatur.

Fremveksten av oksyd-superledere med høy temperatur har brutt gjennom temperaturbarrieren og økt anvendelsestemperaturen for superledningsevne fra flytende helium (4.2K) til flytende nitrogen (77K). Sammenlignet med flytende helium er flytende nitrogen et veldig økonomisk kjølemiddel og har høyere varmekapasitet, noe som gir stor bekvemmelighet for tekniske applikasjoner. I tillegg har høytemperatur superledere veldig høye magnetiske egenskaper og kan brukes til å generere sterke magnetfelt over 20T.

De mest attraktive anvendelsene av superledende materialer er kraftproduksjon, kraftoverføring og energilagring. Bruk av superledende materialer for å lage spiralmagneten til en superledende generator kan øke magnetfeltstyrken til generatoren til 50.000 til 60.000 Gauss, og det er nesten ikke noe energitap. Sammenlignet med konvensjonelle generatorer økes kapasiteten til superledende generatorer med 5 ~ 10 ganger, effektiviteten til kraftproduksjonen økes med 50%; superledende transmisjonslinjer og superledende transformatorer kan overføre strøm til brukerne nesten uten tap. Ifølge statistikk er omtrent 15% av strømtapet i kobber- eller aluminiumtrådoverføring på overføringslinjen. I Kina er det årlige strømtapet mer enn 100 milliarder grader. Hvis den endres til superledende kraftoverføring, tilsvarer energibesparelsen de nye dusinvis av store kraftverk; arbeidsprinsippet med superledende maglevtog er å bruke de diamagnetiske egenskapene til superledende materialer for å redusere superledende materialer. Det ledende materialet er plassert over permanentmagneten (eller magnetfeltet). På grunn av superlederens diamagnetisme, kan magnetfeltlinjene til magneten ikke passere gjennom superlederen. Motstøtende kraft vil bli generert mellom magneten (eller magnetfeltet) og superlederen, noe som får superlederen til å sveve over den. Denne typen magnetisk levitasjonseffekt kan brukes til å lage høyhastighets superledende magnetiske levitasjonstog, for eksempel høyhastighetstog ved Shanghai Pudong International Airport; for superledende datamaskiner krever høyhastighets datamaskiner tett plassering av komponenter og tilkoblingsledninger på integrerte kretsbrikker, men tett ordnede kretser Det genereres en stor mengde varme under drift. Hvis et superledende materiale med en motstand nær null brukes til å lage en tilkoblingskabel eller en superledende enhet med ultra-mikrooppvarming, vil det ikke være noe varmespredningsproblem, og datamaskinens hastighet kan forbedres kraftig.