「常溫超導體」一直是科學家的夢想,若能成功實現,將極大拓展超導技術的應用領域,從能源傳輸到交通運輸,都將獲益。
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什麼是超導材料?
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一般來說,按照材料的常溫電阻率,從大到小可以分為絕緣體、半導體及導體。絕大部分金屬都是良導體,在室溫下的電阻率非常小,但不為零。
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當把某種材料降到某個特定溫度以下的時候,電阻突降為零,同時所有外磁場磁力線被排出材料外,導致體內磁感應強度為零,即同時出現零電阻態和完全抗磁性。這種狀態下,即為材料進入超導態,這種材料就是超導材料。
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超導材料的分類
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1. 低溫超導材料
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低溫超導材料是具有低臨界轉變溫度的超導材料,分為金屬、合金和化合物。具有實用價值的低溫超導金屬是 Nb(鈮)。
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低溫超導材料一般都需在昂貴液氦環境下工作,由於液氦製冷的方法昂貴且不方便,故低溫超導體的應用長期無法大規模發展。
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低溫超導材料的應用分為:強電應用,主要包括超導在強磁場中的應用和大電流輸送;弱電應用,主要包括超導電性在微電子學、精密測量等方面的應用。
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2. 高溫超導材料
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高溫超導材料用途非常廣泛,大致可分三大類:大電流、電子學及抗磁性應用。其中大電流應用是由於超導材具有零電阻和完全的抗磁性,因此只需消耗極少電能,就可以獲得穩定強磁場。
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電工設備的基本特點是大電流、強磁場及高電壓,因此在電工設備中使用超導材料,可以減少電氣損耗、提高效率、縮小體積、減輕重量、降低成本,還可以提高裝置的極限容量。
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「常溫超導」潛在應用
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1. 能源運輸與儲存
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超導電流的傳輸效率遠高於常規電纜,能大幅減少能源損耗。常溫超導技術將實現更高效、可靠的電力系統,促進可再生能源大規模應用,解決能源短缺和環境汙染問題。
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2. 交通運輸
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超導技術在磁懸浮列車、磁力推進飛行器等領域具廣泛應用前景。常溫超導將減少能耗、提高速度和穩定性,推動未來交通工具創新。
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3. 醫療設備與科學研究
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常溫超導技術可以改進磁共振成像(MRI)設備,並推動生物科學、醫學研究等領域的突破。它將加速治療和診斷的發展,為人類健康帶來重要貢獻。
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4. 資訊技術與通訊
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超導材料在電子元件、電腦晶片等領域具潛在應用。常溫超導將提高積體電路的速度和性能,加快資訊技術的發展,推動數位化時代的進一步發展。
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