超導材料的顯著特點是什麼?主要應用在哪?

2021-01-17 騰訊網

導體在溫度下降到某一值時,電阻會突然消失,即零電阻,這一現象稱為「超導現象」,將具有超導性的物質,稱為超導體,超導體如鈦、鋅、鉈、鉛、汞等,在超導狀態,當溫度降至溫度(超導轉變溫度)時,皆顯現出某些共同特徵。

電阻為零。一個超導體環移去電源之後,還能保持原有的電流。有人做過實驗,發現超導環中的電流持續了二年半而無顯著衰減。

完全抗磁性。這一現象是1933年德國物理學家邁斯納等人在實驗中發現的,

只要超導材料的溫度低於臨界溫度而進入超導態以後,該超導材料便把磁力線排斥體外,因此其體內的磁感應強度總是零。這種現象稱為「邁斯納效應」。

超導態是物質的一種獨特的狀態,它的新奇特性,立刻使人想到要將它們應用到技術上。超導體的零電阻效應顯示其具有無損耗輸運電流的性質。工業、國防、科研上用的大功率發電機、電動機如能實現超導化,將大大降低能耗並使其小型化。利用超導隧道效應,人們可以製造出世界上最靈敏的電磁信號的探測元件和用於高速運行的計算機元件。用這種探測器製造的超導量子幹涉磁強計可以測量地球磁場幾十億分之一的變化,也能測量人的腦磁圖和心磁圖。超導體用於微波器件可以大大改善衛星通訊的質量。因此,超導體顯示了巨大的應用潛力。

超導材料(超導線圈)在強電方面的主要應用包括:用於高能物理受控熱核反應和凝聚態物理研究的強場磁體;用於核磁共振裝置上以提供1~10T的均勻磁場以及核磁共振層次掃描;用於製造發電機和電動機線圈;用於高速列車上的磁懸浮線圈;用於輪船和潛艇的磁流體和電磁推進系統。

超導材料在弱電方面的應用主要是利用約瑟夫森結可以得到標準電壓,可以製造出超導量子幹涉儀,進而用於生物磁學。另外約瑟夫森結在計算機應用上的還有著巨大潛力,我們可以製造出速度更快的計算機製造邏輯電路和存貯器。當然還有很多有特殊性能的器件。

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