Qu'est-ce qu'un matériau supraconducteur

Lorsque la température descend à une certaine température critique, la résistance de certains matériaux disparaît complètement. Ce phénomène est appelé supraconductivité, et les matériaux avec ce phénomène sont appelés matériaux supraconducteurs. Une autre caractéristique des supraconducteurs est que lorsque la résistance disparaît, les lignes d'induction magnétique ne traversent pas le supraconducteur. Ce phénomène s'appelle le diamagnétisme.

La résistivité des métaux généraux (comme le cuivre) diminue progressivement avec la diminution de la température. Lorsque la température est proche de 0K, sa résistance atteint une certaine valeur. En 1919, le scientifique néerlandais Onnes a utilisé de l'hélium liquide pour refroidir le mercure. Lorsque la température est descendue à 4,2K (soit -269 ° C), il a constaté que la résistance du mercure avait complètement disparu.

La supraconductivité et le diamagnétisme sont deux caractéristiques importantes des supraconducteurs. La température à laquelle la résistance du supraconducteur est nulle est appelée température critique (TC). Le problème dans la recherche de matériaux supraconducteurs est de franchir la barrière de température&"GG", c'est-à-dire de trouver des matériaux supraconducteurs à haute température.

Les matériaux supraconducteurs pratiques représentés par NbTi et Nb3Sn ont été commercialisés et ont été appliqués dans de nombreux domaines tels que l'imagerie humaine par résonance magnétique nucléaire (IRMN), les aimants supraconducteurs et les grands aimants accélérateurs; SQUID a été utilisé comme modèle d'applications de courant faible supraconducteur. Il joue un rôle important dans la mesure des signaux électromagnétiques faibles et sa sensibilité est inaccessible à tout autre dispositif non supraconducteur. Cependant, comme la température critique des supraconducteurs à basse température conventionnels est trop basse, ils doivent être utilisés dans des systèmes d'hélium liquide coûteux et compliqués (4,2 K), ce qui limite considérablement le développement d'applications supraconductrices à basse température.

L'émergence de supraconducteurs à oxyde à haute température a franchi la barrière de température et augmenté la température d'application de la supraconductivité de l'hélium liquide (4,2 K) à l'azote liquide (77 K). Comparé à l'hélium liquide, l'azote liquide est un réfrigérant très économique et a une capacité thermique plus élevée, ce qui apporte une grande commodité aux applications d'ingénierie. De plus, les supraconducteurs à haute température ont des propriétés magnétiques très élevées et peuvent être utilisés pour générer des champs magnétiques puissants supérieurs à 20T.

Les applications les plus intéressantes des matériaux supraconducteurs sont la production d'énergie, la transmission d'énergie et le stockage d'énergie. L'utilisation de matériaux supraconducteurs pour fabriquer l'aimant de bobine d'un générateur supraconducteur peut augmenter l'intensité du champ magnétique du générateur de 50 000 à 60 000 Gauss, et il n'y a pratiquement aucune perte d'énergie. Par rapport aux générateurs conventionnels, la capacité unique des générateurs supraconducteurs est augmentée de 5 à 10 fois, l'efficacité de la production d'énergie est augmentée de 50%; les lignes de transmission supraconductrices et les transformateurs supraconducteurs peuvent transmettre la puissance aux utilisateurs presque sans perte. Selon les statistiques, environ 15% de la perte de puissance dans la transmission par fil de cuivre ou d'aluminium est sur la ligne de transmission. En Chine, la perte de puissance annuelle est de plus de 100 milliards de degrés. Si elle passe à la transmission de puissance supraconductrice, l'énergie économisée équivaut aux nouvelles douzaines de centrales électriques à grande échelle; le principe de fonctionnement des trains maglev supraconducteurs est d'utiliser les propriétés diamagnétiques des matériaux supraconducteurs pour réduire les matériaux supraconducteurs. Le matériau conducteur est placé au-dessus de l'aimant permanent (ou champ magnétique). En raison du diamagnétisme du supraconducteur, les lignes de champ magnétique de l'aimant ne peuvent pas traverser le supraconducteur. Une force de répulsion sera générée entre l'aimant (ou le champ magnétique) et le supraconducteur, provoquant la lévitation du supraconducteur au-dessus de lui. Ce type d'effet de lévitation magnétique peut être utilisé pour fabriquer des trains à lévitation magnétique supraconducteurs à grande vitesse, tels que les trains à grande vitesse à l'aéroport international de Shanghai Pudong; pour les ordinateurs supraconducteurs, les ordinateurs à grande vitesse nécessitent un agencement dense de composants et de lignes de connexion sur des puces de circuits intégrés, mais des circuits agencés de manière dense. Si un matériau supraconducteur de résistance proche de zéro est utilisé pour réaliser un fil de connexion ou un dispositif supraconducteur à ultra-micro chauffant, il n'y aura pas de problème de dissipation thermique et la vitesse de l'ordinateur peut être grandement améliorée.