Apa itu bahan superkonduktor

Apabila suhu turun ke suhu kritikal tertentu, rintangan beberapa bahan hilang sepenuhnya. Fenomena ini disebut superkonduktiviti, dan bahan dengan fenomena ini disebut bahan superkonduktor. Ciri lain dari superkonduktor ialah apabila rintangan hilang, garis aruhan magnet tidak akan melewati superkonduktor. Fenomena ini disebut diamagnetisme.

Ketahanan logam umum (seperti tembaga) secara beransur-ansur berkurang dengan penurunan suhu. Apabila suhu mendekati 0K, rintangannya mencapai nilai tertentu. Pada tahun 1919, saintis Belanda Onnes menggunakan helium cair untuk menyejukkan merkuri. Apabila suhu jatuh ke 4.2K (iaitu -269 ° C), dia mendapati bahawa rintangan merkuri hilang sepenuhnya.

Superconduktiviti dan diamagnetisme adalah dua ciri penting dari superkonduktor. Suhu di mana rintangan superkonduktor adalah sifar disebut suhu kritikal (TC). Masalah dalam penyelidikan bahan superkonduktor adalah menerobos GG; penghalang suhu&;, iaitu, untuk mencari bahan superkonduktor suhu tinggi.

Bahan superkonduktor praktikal yang diwakili oleh NbTi dan Nb3Sn telah dikomersialkan, dan telah digunakan dalam banyak bidang seperti pencitraan manusia resonans magnetik nuklear (NMRI), magnet superkonduktor dan magnet pemecut besar; SQUID telah digunakan sebagai model aplikasi arus lemah superkonduktor. Ini memainkan peranan penting dalam pengukuran isyarat elektromagnetik yang lemah, dan kepekaannya tidak dapat dicapai oleh peranti bukan superkonduktor lain. Walau bagaimanapun, kerana suhu kritikal superkonduktor suhu rendah konvensional terlalu rendah, ia mesti digunakan dalam sistem helium cair yang mahal dan rumit (4.2K), yang sangat membatasi pengembangan aplikasi superkonduktor suhu rendah.

Kemunculan superkonduktor oksida suhu tinggi telah menembusi halangan suhu dan menaikkan suhu aplikasi superkonduktiviti dari helium cair (4.2K) menjadi nitrogen cair (77K). Berbanding dengan helium cair, nitrogen cair adalah penyejuk yang sangat ekonomik dan mempunyai kapasiti haba yang lebih tinggi, yang memberikan kemudahan besar untuk aplikasi kejuruteraan. Di samping itu, superkonduktor suhu tinggi mempunyai sifat magnet yang sangat tinggi dan dapat digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat di atas 20T.

Aplikasi bahan superkonduktor yang paling menarik adalah penjanaan kuasa, penghantaran kuasa dan penyimpanan tenaga. Menggunakan bahan superkonduktor untuk membuat magnet gegelung penjana superkonduktor dapat meningkatkan kekuatan medan magnet generator menjadi 50,000 hingga 60,000 Gauss, dan hampir tidak ada kehilangan tenaga. Berbanding dengan penjana konvensional, kapasiti tunggal penjana superkonduktor meningkat sebanyak 5 ~ 10 kali, kecekapan penjanaan kuasa meningkat sebanyak 50%; talian penghantaran superkonduktor dan transformer superkonduktor dapat menghantar kuasa kepada pengguna hampir tanpa kehilangan. Menurut statistik, kira-kira 15% kehilangan kuasa pada transmisi wayar tembaga atau aluminium berada pada saluran penghantaran. Di China, kehilangan kuasa tahunan melebihi 100 bilion darjah. Sekiranya ia diubah menjadi penghantaran kuasa superkonduktor, tenaga yang dijimatkan setara dengan puluhan loji kuasa besar berskala besar; prinsip kerja kereta api maglev superkonduktor adalah menggunakan sifat diamagnetik bahan superkonduktor untuk mengurangkan bahan superkonduktor. Bahan konduktif diletakkan di atas magnet kekal (atau medan magnet). Oleh kerana diamagnetisme superkonduktor, garis medan magnet magnet tidak dapat melewati superkonduktor. Daya tolakan akan dihasilkan antara magnet (atau medan magnet) dan superkonduktor, menyebabkan superkonduktor melayang di atasnya. Kesan levitasi magnetik seperti ini dapat digunakan untuk membuat kereta api magnetik superkonduktor berkelajuan tinggi, seperti kereta api berkelajuan tinggi di Lapangan Terbang Antarabangsa Shanghai Pudong; untuk komputer superkonduktor, komputer berkelajuan tinggi memerlukan susunan komponen dan garis penghubung yang padat pada cip litar bersepadu, tetapi litar yang disusun padat Sebilangan besar haba dihasilkan semasa operasi. Sekiranya bahan superkonduktor dengan rintangan mendekati nol digunakan untuk membuat wayar penghubung atau peranti superkonduktor dengan pemanasan ultra-mikro, tidak akan ada masalah pelesapan haba dan kelajuan komputer dapat ditingkatkan.