Šta je superprovodljivi materijal

Kada temperatura padne na određenu kritičnu temperaturu, otpor nekih materijala u potpunosti nestaje. Ovaj fenomen se zove superprovodljivost, a materijali sa ovom pojavom se zovu superprovodljivi materijali. Druga osobina superprovodnika je da kada otpor nestane, magnetne indukcione linije neće proći kroz superprovodnik. Ovaj fenomen se zove dijamagnetizam.

Otpornost opštih metala (kao što je bakra) postepeno se opada sa opadanje temperature. Kada je temperatura blizu 0K, njegov otpor dostiže određenu vrijednost. 1919. godine, holandski naučnik Onnes je koristio tečni helij za hlađenje žive. Kada je temperatura pala na 4,2K (ie -269°C), otkrio je da je otpor žive u potpunosti nestao.

Superprovodljivost i dijamagnetizam su dvije važne karakteristike superprovodnika. Temperatura pri kojoj je otpor superprovodnika nula naziva se kritična temperatura (TC). Problem u istraživanju superprovodnih materijala je probiti "temperaturnu barijeru", to jest pronaći visokotemeraturne superprovodne materijale.

Praktični superprovodljivi materijali koje predstavljaju NbTi i Nb3Sn su komercijalizirani, i primijenjeni su u mnogim poljima kao što su nuklearna magnetska rezonancija ljudske (NMRI), superprovodljivi magneti i veliki akceleratorski magneti; SQUID je korišten kao model superprovodniča slabih trenutnih aplikacija. Ona ima važnu ulogu u mjerenju slabih elektromagnetnih signala, a njegova osjetljivost je nedostitna bilo kojim drugim ne-superprovodljivim uređajem. Međutim, pošto je kritična temperatura konvencionalnih superprovodnika niske temperature preniska, moraju se koristiti u skupim i kompliciranim sistemima tekućih helija (4,2K) što ozbiljno ograničava razvoj niskotepeteraturnih superprovodnih aplikacija.

Nastajanje superprovodnika visokotemeraturnog oksida je probila temperaturnu barijeru i podigla temperaturu primjene superprovodljivosti od tekućih helija (4,2K) do tekućih dušika (77K). U odnosu na tečni helij, tekući dušik je vrlo ekonomično hladnjak i ima veći toplotni kapacitet, što donosi veliku pogodnost inženjerskoj primjeni. Osim toga, superprovodnici visoke temperature imaju vrlo visoka magnetska svojstva i mogu se koristiti za generiranje jakih magnetskih polja iznad 20T.

Najatraktivnije primjene superprovodnih materijala su generacija energije, prijenos snage i skladištenje energije. Koristeći superprovodne materijale za namotavanje magneta superprovodnog generatora može povećati jačinu magnetnog polja generatora na 50.000 do 60.000 Gaussa, i gotovo da nema gubitka energije. U poređenju sa konvencionalnim generatorima, jedan kapacitet superprovodnih generatora se povećava za 5 ~10 puta, efikasnost generacije energije se povećava za 50%; superprovodne transmisione linije i superprovodni transformatori mogu prenositi snagu korisnicima gotovo bez gubitka. Prema statističkim podacima, oko 15% gubitka struje u prijenosu bakra ili aluminijske žice je na transmisijsku liniju. U Kini, godišnji gubitak struje je više od 100 milijardi stepeni. Ako se promijeni u superprovodni prenos energije, ušteda energije je ekvivalentna novim desetinama velikih elektrana; radni princip superprovodnih maglev vlakova je upotreba dijamagnetskih svojstava superprovodnih materijala za smanjenje superprovodnih materijala . Provodni materijal se pomješta iznad stalnog magneta (ili magnetnog polja). Zbog dijamagnetizma superprovodnika, linije magnetnog polja magneta ne mogu proći kroz superprovodnik. Odbojna sila će biti generirana između magneta (ili magnetnog polja) i superprovodnika, što uzrokuje da nadprovodnik levitira iznad njega. Ova vrsta efekta magnetne levitacije može se koristiti za napraviti brze superprovodne magnetne levitacione vlakove, kao što su brzi vlakovi na međunarodnom aerodromu Shanghai Pudong; za superprovodne kompjutere, brzi kompjuteri zahtijevaju gusto raspored komponenti i povezivanje linija na integriranim čipovima krugova, ali gusto sređena kola Velika količina topline se generiše tokom operacije. Ako se superprovodni materijal sa otporom blizu nule koristi za napraviti poveznu žicu ili superprovodni uređaj sa ultra-mikro grijanjem, neće biti problema disipacije topline i brzina računara se može uveličati.