Što je supravodljivi materijal

Kad temperatura padne na određenu kritičnu temperaturu, otpor nekih materijala potpuno nestaje. Taj se fenomen naziva supravodljivost, a materijali s tim fenomenom superprovodljivi materijali. Sljedeća značajka supravodiča je da kad nestane otpora, magnetske indukcijske linije neće proći kroz supravodnik. Taj se fenomen naziva dijamagnetizam.

Otpornost općih metala (poput bakra) postupno se smanjuje s padom temperature. Kad je temperatura blizu 0K, njezin otpor doseže određenu vrijednost. 1919. godine nizozemski znanstvenik Onnes koristio je tekući helij za hlađenje žive. Kada je temperatura pala na 4,2K (tj. -269 ° C), otkrio je da je otpor žive potpuno nestao.

Superprovodljivost i dijamagnetizam dvije su važne karakteristike supravodiča. Temperatura na kojoj je otpor supravodiča nula naziva se kritična temperatura (TC). Problem u istraživanju supravodljivih materijala je probijanje&"temperaturne barijere GG", odnosno pronalaženje visokotemperaturnih supravodljivih materijala.

Praktični supravodljivi materijali predstavljeni NbTi i Nb3Sn komercijalizirani su i primjenjuju se u mnogim područjima poput nuklearne magnetske rezonancije (NMRI), superprovodljivih magneta i velikih akceleratora; SQUID je korišten kao model primjene slabih struja supravodiča. Ima važnu ulogu u mjerenju slabih elektromagnetskih signala, a osjetljivost je nedostižna bilo kojim drugim nesupravljivim uređajem. Međutim, budući da je kritična temperatura uobičajenih niskotemperaturnih supravodiča preniska, oni se moraju koristiti u skupim i složenim sustavima tekućeg helija (4,2 K), što ozbiljno ograničava razvoj primjena niskotemperaturnih superprovodnika.

Pojava visokotemperaturnih oksidnih supravodiča probila je temperaturnu barijeru i podigla temperaturu primjene supravodljivosti iz tekućeg helija (4,2 K) u tekući dušik (77 K). U usporedbi s tekućim helijem, tekući dušik je vrlo ekonomično rashladno sredstvo i ima veći toplinski kapacitet, što donosi veliku praktičnost inženjerskim primjenama. Uz to, visokotemperaturni supravodiči imaju vrlo visoka magnetska svojstva i mogu se koristiti za stvaranje jakih magnetskih polja iznad 20T.

Najatraktivnije primjene supravodljivih materijala su proizvodnja energije, prijenos energije i skladištenje energije. Korištenje supravodljivih materijala za izradu magneta zavojnice supravodljivog generatora može povećati jakost magnetskog polja generatora na 50 000 do 60 000 Gaussa i gotovo da nema gubitaka energije. U usporedbi s konvencionalnim generatorima, pojedinačni kapacitet supravodljivih generatora povećava se za 5 ~ 10 puta, učinkovitost proizvodnje električne energije povećava se za 50%; supravodljivi dalekovodi i supervodljivi transformatori mogu korisnicima prenositi snagu gotovo bez gubitka. Prema statistikama, oko 15% gubitka snage u prijenosu bakrene ili aluminijske žice dolazi na dalekovodu. U Kini je godišnji gubitak snage veći od 100 milijardi stupnjeva. Ako se promijeni u supravodljivi prijenos energije, uštedena energija ekvivalentna je novim desecima velikih elektrana; Načelo rada supervodljivih vlakova maglev je korištenje dijamagnetskih svojstava supravodljivih materijala za smanjenje supravodljivih materijala. Vodljivi materijal postavlja se iznad trajnog magneta (ili magnetskog polja). Zbog dijamagnetizma supravodiča, magnetske polja magneta ne mogu proći kroz supervodnik. Između magneta (ili magnetskog polja) i supravodiča generirat će se odbojna sila, zbog čega će supervodnik levitirati iznad njega. Ova vrsta učinka magnetske levitacije može se koristiti za izradu brzih superprovodljivih vlakova s ​​magnetskom levitacijom, poput brzih vlakova u međunarodnoj zračnoj luci Shanghai Pudong; za superprovodna računala, brza računala zahtijevaju gusti raspored komponenata i spojnih vodova na čipovima integriranih krugova, ali gusto raspoređeni krugovi Tijekom rada stvara se velika količina topline. Ako se od supravodljivog materijala s otporom blizu nule koristi spojna žica ili supravodljivi uređaj s ultra-mikro zagrijavanjem, neće doći do problema s odvođenjem topline i brzina računala može se uvelike poboljšati.