Co je to supravodivý materiál

Když teplota klesne na určitou kritickou teplotu, odpor některých materiálů zcela zmizí. Tento jev se nazývá supravodivost a materiály s tímto jevem se nazývají supravodivé materiály. Další vlastností supravodičů je to, že když odpor zmizí, magnetické indukční čáry neprojdou supravodičem. Tento jev se nazývá diamagnetismus.

Odpor obecných kovů (jako je měď) se postupně snižuje s poklesem teploty. Když je teplota blízká 0K, její odpor dosáhne určité hodnoty. V roce 1919 použil nizozemský vědec Onnes kapalné hélium k chlazení rtuti. Když teplota klesla na 4,2 K (tj. -269 ° C), zjistil, že odpor rtuti úplně zmizel.

Supravodivost a diamagnetismus jsou dvě důležité vlastnosti supravodičů. Teplota, při které je odpor supravodiče nulový, se nazývá kritická teplota (TC). Problémem ve výzkumu supravodivých materiálů je prolomit&"teplotní bariéru GG", to znamená najít vysokoteplotní supravodivé materiály.

Praktické supravodivé materiály představované NbTi a Nb3Sn byly komercializovány a byly použity v mnoha oblastech, jako je lidské zobrazování pomocí nukleární magnetické rezonance (NMRI), supravodivé magnety a velké magnety urychlovače; SQUID byl použit jako model supravodičových slaboproudých aplikací. Hraje důležitou roli při měření slabých elektromagnetických signálů a jeho citlivost je nedosažitelná jakýmkoli jiným ne supravodivým zařízením. Protože je však kritická teplota konvenčních nízkoteplotních supravodičů příliš nízká, musí se používat v drahých a komplikovaných systémech kapalného hélia (4,2 K), což výrazně omezuje vývoj nízkoteplotních supravodivých aplikací.

Vznik vysokoteplotních oxidových supravodičů prolomil teplotní bariéru a zvýšil aplikační teplotu supravodivosti z kapalného helia (4,2 K) na kapalný dusík (77 K). Ve srovnání s kapalným héliem je kapalný dusík velmi ekonomickým chladivem a má vyšší tepelnou kapacitu, což přináší velké pohodlí pro technické aplikace. Vysokoteplotní supravodiče mají navíc velmi vysoké magnetické vlastnosti a lze je použít ke generování silných magnetických polí nad 20 T.

Nejatraktivnějšími aplikacemi supravodivých materiálů jsou výroba energie, přenos energie a skladování energie. Použití supravodivých materiálů k výrobě magnetu cívky supravodivého generátoru může zvýšit sílu magnetického pole generátoru na 50 000 až 60 000 Gauss a nedochází téměř ke ztrátám energie. Ve srovnání s konvenčními generátory je jediná kapacita supravodivých generátorů zvýšena 5 ~ 10krát, účinnost výroby energie je zvýšena o 50%; supravodivé přenosové linky a supravodivé transformátory mohou přenášet energii na uživatele téměř beze ztráty. Podle statistik je asi 15% ztráty energie při přenosu měděného nebo hliníkového drátu na přenosovém vedení. V Číně je roční ztráta energie více než 100 miliard stupňů. Pokud se změní na supravodivý přenos energie, je ušetřená energie ekvivalentní novým desítkám velkých elektráren; princip fungování supravodivých maglevových vlaků je použití diamagnetických vlastností supravodivých materiálů ke snížení supravodivých materiálů. Vodivý materiál je umístěn nad permanentním magnetem (nebo magnetickým polem). Kvůli diamagnetismu supravodiče nemohou čáry magnetického pole magnetu procházet supravodičem. Mezi magnetem (nebo magnetickým polem) a supravodičem bude generována odpudivá síla, která způsobí, že supravodič bude nad ním levitovat. Tento druh efektu magnetické levitace lze použít k výrobě vysokorychlostních supravodivých vlaků magnetické levitace, jako jsou vysokorychlostní vlaky na mezinárodním letišti Šanghaj Pudong; pro supravodivé počítače vyžadují vysokorychlostní počítače husté uspořádání součástek a spojovacích vedení na čipech integrovaných obvodů, ale hustě uspořádané obvody Během provozu se generuje velké množství tepla. Pokud se k výrobě spojovacího drátu nebo supravodivého zařízení s ultramikroohřevem použije supravodivý materiál s odporem blízkým nule, nevznikne problém s rozptylem tepla a rychlost počítače lze výrazně zlepšit.