Ce este materialul supraconductor

Când temperatura scade la o anumită temperatură critică, rezistența unor materiale dispare complet. Acest fenomen se numește superconductivitate, iar materialele cu acest fenomen se numesc materiale supraconductoare. O altă caracteristică a supraconductoarelor este că, atunci când rezistența dispare, liniile de inducție magnetică nu vor trece prin supraconductor. Acest fenomen se numește diamagnetism.

Rezistivitatea metalelor generale (cum ar fi cuprul) scade treptat odată cu scăderea temperaturii. Când temperatura este aproape de 0K, rezistența sa atinge o anumită valoare. În 1919, omul de știință olandez Onnes a folosit heliu lichid pentru răcirea mercurului. Când temperatura a scăzut la 4,2 K (adică -269 ° C), a constatat că rezistența mercurului a dispărut complet.

Superconductivitatea și diamagnetismul sunt două caracteristici importante ale supraconductoarelor. Temperatura la care rezistența supraconductorului este zero este numită temperatură critică (TC). Problema în cercetarea materialelor supraconductoare este de a trece prin&"barieră de temperatură GG", adică pentru a găsi materiale supraconductoare la temperaturi ridicate.

Materialele supraconductoare practice reprezentate de NbTi și Nb3Sn au fost comercializate și au fost aplicate în multe domenii, cum ar fi imagistica umană cu rezonanță magnetică nucleară (RMN), magneți supraconductori și magneți mari de accelerație; SQUID a fost folosit ca model al aplicațiilor supraconductoare de curent slab. Acesta joacă un rol important în măsurarea semnalelor electromagnetice slabe, iar sensibilitatea sa este inaccesibilă de orice alt dispozitiv non-supraconductor. Cu toate acestea, deoarece temperatura critică a supraconductoarelor convenționale la temperatură joasă este prea scăzută, acestea trebuie utilizate în sisteme scumpe și complicate de heliu lichid (4.2K), ceea ce limitează sever dezvoltarea aplicațiilor supraconductoare la temperatură joasă.

Apariția superconductoarelor cu oxid de temperatură ridicată a străpuns bariera de temperatură și a ridicat temperatura de aplicare a supraconductivității de la heliu lichid (4,2K) la azot lichid (77K). Comparativ cu heliul lichid, azotul lichid este un agent frigorific foarte economic și are o capacitate termică mai mare, ceea ce aduce o mare comoditate aplicațiilor inginerești. În plus, supraconductorii la temperaturi ridicate au proprietăți magnetice foarte mari și pot fi folosiți pentru a genera câmpuri magnetice puternice peste 20T.

Cele mai atractive aplicații ale materialelor supraconductoare sunt generarea de energie, transmisia puterii și stocarea energiei. Folosirea materialelor supraconductoare pentru a face magnetul bobinei unui generator supraconductor poate crește intensitatea câmpului magnetic al generatorului la 50.000 până la 60.000 Gauss și nu există aproape nici o pierdere de energie. Comparativ cu generatoarele convenționale, capacitatea unică a generatoarelor supraconductoare este crescută de 5 ~ 10 ori, eficiența generării de energie este crescută cu 50%; liniile de transmisie supraconductoare și transformatoarele supraconductoare pot transmite energie utilizatorilor aproape fără pierderi. Conform statisticilor, aproximativ 15% din pierderile de energie din transmisia de sârmă de cupru sau aluminiu se află pe linia de transmisie. În China, pierderea anuală de energie este mai mare de 100 de miliarde de grade. Dacă se trece la transmisie de energie supraconductoare, energia economisită este echivalentă cu noile zeci de centrale electrice de mari dimensiuni; principiul de lucru al trenurilor maglev supraconductoare este acela de a utiliza proprietățile diamagnetice ale materialelor supraconductoare pentru a reduce materialele supraconductoare. Materialul conductor este plasat deasupra magnetului permanent (sau câmpului magnetic). Datorită diamagnetismului supraconductorului, liniile câmpului magnetic ale magnetului nu pot trece prin supraconductor. Forța de respingere va fi generată între magnet (sau câmpul magnetic) și supraconductor, determinând supraconductorul să leviteze deasupra acestuia. Acest tip de efect de levitație magnetică poate fi folosit pentru a face trenuri de levitație magnetică supraconductoare de mare viteză, cum ar fi trenurile de mare viteză de pe Aeroportul Internațional Shanghai Pudong; pentru calculatoarele supraconductoare, calculatoarele de mare viteză necesită aranjarea densă a componentelor și a liniilor de conectare pe cipurile de circuite integrate, dar circuitele aranjate dens Se generează o cantitate mare de căldură în timpul funcționării. Dacă se folosește un material supraconductor cu o rezistență apropiată de zero pentru a realiza un fir de legătură sau un dispozitiv supraconductor cu încălzire ultra-micro, nu va exista nicio problemă de disipare a căldurii și viteza computerului poate fi mult îmbunătățită.