¿Qué es el material superconductor?

Cuando la temperatura desciende a una determinada temperatura crítica, la resistencia de algunos materiales desaparece por completo. Este fenómeno se denomina superconductividad y los materiales con este fenómeno se denominan materiales superconductores. Otra característica de los superconductores es que cuando la resistencia desaparece, las líneas de inducción magnética no pasarán a través del superconductor. Este fenómeno se llama diamagnetismo.

La resistividad de los metales en general (como el cobre) disminuye gradualmente con la disminución de la temperatura. Cuando la temperatura se acerca a los 0K, su resistencia alcanza un cierto valor. En 1919, el científico holandés Onnes utilizó helio líquido para enfriar el mercurio. Cuando la temperatura bajó a 4,2 K (es decir, -269 ° C), descubrió que la resistencia del mercurio desaparecía por completo.

La superconductividad y el diamagnetismo son dos características importantes de los superconductores. La temperatura a la que la resistencia del superconductor es cero se llama temperatura crítica (TC). El problema en la investigación de materiales superconductores es romper la barrera de temperatura&"GG", es decir, encontrar materiales superconductores de alta temperatura.

Se han comercializado materiales superconductores prácticos representados por NbTi y Nb3Sn, y se han aplicado en muchos campos, como la resonancia magnética nuclear humana (RMN), los imanes superconductores y los grandes imanes aceleradores; SQUID se ha utilizado como modelo de aplicaciones de corriente débil de superconductores. Desempeña un papel importante en la medición de señales electromagnéticas débiles y su sensibilidad es inalcanzable por cualquier otro dispositivo no superconductor. Sin embargo, debido a que la temperatura crítica de los superconductores convencionales de baja temperatura es demasiado baja, deben usarse en sistemas costosos y complicados de helio líquido (4.2K), lo que limita severamente el desarrollo de aplicaciones superconductoras de baja temperatura.

La aparición de superconductores de óxido de alta temperatura ha atravesado la barrera térmica y ha elevado la temperatura de aplicación de la superconductividad de helio líquido (4,2 K) a nitrógeno líquido (77 K). En comparación con el helio líquido, el nitrógeno líquido es un refrigerante muy económico y tiene una mayor capacidad calorífica, lo que aporta una gran comodidad a las aplicaciones de ingeniería. Además, los superconductores de alta temperatura tienen propiedades magnéticas muy altas y pueden usarse para generar campos magnéticos fuertes por encima de 20T.

Las aplicaciones más atractivas de los materiales superconductores son la generación de energía, la transmisión de energía y el almacenamiento de energía. El uso de materiales superconductores para hacer la bobina magnética de un generador superconductor puede aumentar la intensidad del campo magnético del generador de 50.000 a 60.000 Gauss, y casi no hay pérdida de energía. En comparación con los generadores convencionales, la capacidad única de los generadores superconductores aumenta de 5 a 10 veces, la eficiencia de generación de energía aumenta en un 50%; Las líneas de transmisión superconductoras y los transformadores superconductores pueden transmitir energía a los usuarios casi sin pérdidas. Según las estadísticas, aproximadamente el 15% de la pérdida de potencia en la transmisión de cables de cobre o aluminio se produce en la línea de transmisión. En China, la pérdida de energía anual es de más de 100 mil millones de grados. Si se cambia a transmisión de energía superconductora, la energía ahorrada es equivalente a las nuevas decenas de centrales eléctricas a gran escala; El principio de funcionamiento de los trenes de levitación magnética superconductores es utilizar las propiedades diamagnéticas de los materiales superconductores para reducir los materiales superconductores. El material conductor se coloca sobre el imán permanente (o campo magnético). Debido al diamagnetismo del superconductor, las líneas del campo magnético del imán no pueden atravesar el superconductor. Se generará una fuerza repulsiva entre el imán (o campo magnético) y el superconductor, lo que hará que el superconductor levite sobre él. Este tipo de efecto de levitación magnética se puede utilizar para hacer trenes de levitación magnética superconductores de alta velocidad, como los trenes de alta velocidad en el Aeropuerto Internacional de Shanghai Pudong; En el caso de las computadoras superconductoras, las computadoras de alta velocidad requieren una disposición densa de componentes y líneas de conexión en chips de circuitos integrados, pero circuitos densamente dispuestos. Se genera una gran cantidad de calor durante el funcionamiento. Si se utiliza un material superconductor con una resistencia cercana a cero para hacer un cable de conexión o un dispositivo superconductor con calentamiento ultramicro, no habrá problemas de disipación de calor y la velocidad de la computadora se puede mejorar en gran medida.