Vad är superledande material

När temperaturen sjunker till en viss kritisk temperatur försvinner motståndet hos vissa material helt. Detta fenomen kallas supraledning, och material med detta fenomen kallas supraledande material. Ett annat särdrag hos supraledare är att när motståndet försvinner kommer de magnetiska induktionslinjerna inte att passera genom supraledaren. Detta fenomen kallas diamagnetism.

Resistiviteten hos allmänna metaller (såsom koppar) minskar gradvis med temperaturminskningen. När temperaturen är nära 0K når dess motstånd ett visst värde. År 1919 använde den holländska forskaren Onnes flytande helium för att kyla kvicksilver. När temperaturen sjönk till 4,2 K (dvs. -269 ° C) fann han att kvicksilvers motstånd helt försvann.

Supraledning och diamagnetism är två viktiga egenskaper hos supraledare. Temperaturen vid vilken superledarens motstånd är noll kallas kritisk temperatur (TC). Problemet i forskningen av superledande material är att bryta igenom&", temperaturbarriär GG", det vill säga att hitta superledande material med hög temperatur.

Praktiska supraledande material som representeras av NbTi och Nb3Sn har kommersialiserats och har använts inom många områden såsom kärnmagnetisk resonanstomografi (NMRI), supraledande magneter och stora acceleratormagneter; SQUID har använts som en modell för superledare med svaga strömtillämpningar. Det spelar en viktig roll vid mätningen av svaga elektromagnetiska signaler, och dess känslighet är ouppnåelig av någon annan icke-supraledande anordning. Eftersom den kritiska temperaturen hos konventionella lågtemperatursupraledare är för låg måste de dock användas i dyra och komplicerade flytande heliumsystem (4.2K), vilket allvarligt begränsar utvecklingen av superledande applikationer med låg temperatur.

Framväxten av högtemperaturoxidledare har brutit igenom temperaturbarriären och höjt appliceringstemperaturen för supraledning från flytande helium (4,2 K) till flytande kväve (77 K). Jämfört med flytande helium är flytande kväve ett mycket ekonomiskt köldmedium och har högre värmekapacitet, vilket ger stor bekvämlighet för tekniska applikationer. Dessutom har supraledare med hög temperatur mycket höga magnetiska egenskaper och kan användas för att generera starka magnetfält över 20T.

De mest attraktiva tillämpningarna av superledande material är kraftproduktion, kraftöverföring och energilagring. Genom att använda supraledande material för att tillverka en supraledande generatorns spolmagnet kan det öka generatorns magnetfältstyrka till 50 000 till 60 000 Gauss, och det finns nästan ingen energiförlust. Jämfört med konventionella generatorer ökar den enda kapaciteten hos superledande generatorer med 5 ~ 10 gånger, effektgenereringseffektiviteten ökar med 50%; supraledande överföringsledningar och supraledande transformatorer kan överföra kraft till användare nästan utan förlust. Enligt statistiken är cirka 15% av strömförlusten i koppar- eller aluminiumtrådöverföring på överföringsledningen. I Kina är den årliga strömförlusten mer än 100 miljarder grader. Om det ändras till supraledande kraftöverföring motsvarar den sparade energin de nya dussintals storskaliga kraftverk; arbetsprincipen för supraledande maglevtåg är att använda de superledande materialens diamagnetiska egenskaper för att reducera superledande material. Det ledande materialet placeras ovanför permanentmagneten (eller magnetfältet). På grund av superledarens diamagnetism kan magnetens magnetfältlinjer inte passera genom superledaren. Repulsiv kraft kommer att genereras mellan magneten (eller magnetfältet) och superledaren, vilket får superledaren att sväva över den. Denna typ av magnetisk levitationseffekt kan användas för att göra höghastighets superledande magnetiska levitationståg, såsom höghastighetståg vid Shanghai Pudong International Airport; för supraledande datorer kräver höghastighetsdatorer täta arrangemang av komponenter och anslutningslinjer på integrerade kretschips, men tätt anordnade kretsar En stor mängd värme genereras under drift. Om ett supraledande material med ett motstånd nära noll används för att skapa en anslutningstråd eller en supraledande anordning med ultra-mikrouppvärmning, kommer det inte att finnas något värmeavledningsproblem och datorns hastighet kan förbättras avsevärt.