Что такое сверхпроводящий материал

Когда температура падает до определенной критической температуры, сопротивление некоторых материалов полностью исчезает. Это явление называется сверхпроводимостью, а материалы с этим явлением - сверхпроводящими материалами. Еще одна особенность сверхпроводников заключается в том, что при исчезновении сопротивления линии магнитной индукции не проходят через сверхпроводник. Это явление называется диамагнетизмом.

Удельное сопротивление обычных металлов (таких как медь) постепенно уменьшается с понижением температуры. Когда температура приближается к 0К, его сопротивление достигает определенного значения. В 1919 году голландский ученый Оннес использовал жидкий гелий для охлаждения ртути. Когда температура упала до 4,2 К (то есть -269 ° C), он обнаружил, что сопротивление ртути полностью исчезло.

Сверхпроводимость и диамагнетизм - две важные характеристики сверхпроводников. Температура, при которой сопротивление сверхпроводника равно нулю, называется критической температурой (TC). Задача исследования сверхпроводящих материалов состоит в том, чтобы пробить&"температурный барьер GG", то есть найти высокотемпературные сверхпроводящие материалы.

Практические сверхпроводящие материалы, представленные NbTi и Nb3Sn, были коммерциализированы и применялись во многих областях, таких как ядерно-магнитный резонанс для визуализации человека (NMRI), сверхпроводящие магниты и большие магниты ускорителей; СКВИД был использован как модель сверхпроводниковых приложений слабого тока. Он играет важную роль в измерении слабых электромагнитных сигналов, и его чувствительность недостижима для любого другого несверхпроводящего устройства. Однако, поскольку критическая температура обычных низкотемпературных сверхпроводников слишком низкая, они должны использоваться в дорогих и сложных системах с жидким гелием (4,2 К), что серьезно ограничивает развитие приложений низкотемпературных сверхпроводников.

Появление высокотемпературных оксидных сверхпроводников преодолело температурный барьер и повысило температуру применения сверхпроводимости с жидкого гелия (4,2 К) до жидкого азота (77 К). По сравнению с жидким гелием жидкий азот является очень экономичным хладагентом и имеет более высокую теплоемкость, что обеспечивает большое удобство для инженерных приложений. Кроме того, высокотемпературные сверхпроводники обладают очень высокими магнитными свойствами и могут использоваться для создания сильных магнитных полей выше 20 Тл.

Наиболее привлекательными применениями сверхпроводящих материалов являются производство энергии, передача энергии и хранение энергии. Использование сверхпроводящих материалов для изготовления магнита катушки сверхпроводящего генератора может увеличить напряженность магнитного поля генератора до 50 000–60 000 Гаусс, при этом потери энергии практически отсутствуют. По сравнению с обычными генераторами, единичная мощность сверхпроводящих генераторов увеличивается в 5 ~ 10 раз, эффективность выработки электроэнергии увеличивается на 50%; сверхпроводящие линии передачи и сверхпроводящие трансформаторы могут передавать энергию пользователям почти без потерь. По статистике, около 15% потерь мощности при передаче по медному или алюминиевому проводу приходится на линии передачи. В Китае ежегодные потери мощности составляют более 100 миллиардов градусов. Если его изменить на сверхпроводящую передачу энергии, сэкономленная энергия будет эквивалентна новым десяткам крупных электростанций; Принцип работы сверхпроводящих поездов на магнитной подвеске заключается в использовании диамагнитных свойств сверхпроводящих материалов для восстановления сверхпроводящих материалов. Проводящий материал помещается над постоянным магнитом (или магнитным полем). Из-за диамагнетизма сверхпроводника силовые линии магнитного поля магнита не могут проходить через сверхпроводник. Между магнитом (или магнитным полем) и сверхпроводником будет создаваться сила отталкивания, заставляя сверхпроводник левитировать над ним. Этот вид эффекта магнитной левитации можно использовать для создания высокоскоростных сверхпроводящих поездов с магнитной левитацией, таких как высокоскоростные поезда в международном аэропорту Шанхай Пудун; для сверхпроводящих компьютеров высокоскоростные компьютеры требуют плотного расположения компонентов и соединительных линий на микросхемах интегральных схем, но плотно расположенных схем Во время работы выделяется большое количество тепла. Если сверхпроводящий материал с сопротивлением, близким к нулю, используется для изготовления соединительного провода или сверхпроводящего устройства с ультрамикро-нагревом, не будет проблем с рассеиванием тепла, и скорость компьютера может быть значительно увеличена.