室溫超導(dǎo)的應(yīng)用價(jià)值

室溫超導(dǎo)，即在室溫條件下實(shí)現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象。室溫超導(dǎo)的應(yīng)用大家清楚多少呢？下面是小編為大家整理的室溫超導(dǎo)的應(yīng)用，僅供參考，喜歡可以收藏分享一下喲!

室溫超導(dǎo)應(yīng)用

更高效的電力輸送：超導(dǎo)材料可以在電阻極低的條件下傳輸電流，這意味著它們可以用來構(gòu)建更加高效的輸電線路。

更節(jié)能的電子設(shè)備：超導(dǎo)材料可以用來制造更加節(jié)能的電子設(shè)備，這是因?yàn)樗鼈兛梢栽跇O低的能量消耗下運(yùn)行。

更高速的計(jì)算機(jī)：超導(dǎo)材料可以用來制造更加快速的計(jì)算機(jī)，這是因?yàn)樗鼈兛梢栽诟叩念l率下運(yùn)行。

更加精確的醫(yī)療成像：超導(dǎo)材料可以用于構(gòu)建更加精確的磁共振成像(MRI)儀器，這將有助于提高醫(yī)學(xué)影像診斷的精度。

總之，如果能夠?qū)崿F(xiàn)室溫超導(dǎo)，將會(huì)在許多領(lǐng)域帶來重大的變革和進(jìn)步。

超導(dǎo)及其應(yīng)用價(jià)值

超導(dǎo)態(tài)是材料的一種特殊狀態(tài)，在超導(dǎo)態(tài)中，材料處于零電阻的狀態(tài)中，初中二年級(jí)的物理告訴我們，電阻是材料普遍具有的性質(zhì)，當(dāng)電流流經(jīng)材料時(shí)，其內(nèi)部的晶格、雜質(zhì)等會(huì)對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙，載流子本身攜帶的能量會(huì)被轉(zhuǎn)移到晶格上，宏觀上造成焦耳熱，電勢(shì)也會(huì)相應(yīng)下降。

而沒有電阻的超導(dǎo)體就完全沒有上述問題，電流流經(jīng)超導(dǎo)體，既不會(huì)發(fā)熱，也不會(huì)出現(xiàn)壓降，因此電流可以無衰減地在超導(dǎo)體中流動(dòng)。

很明顯，超導(dǎo)體的意義是顯而易見的，如果我們的電線都采用超導(dǎo)體，那就不會(huì)存在能量衰減。我們現(xiàn)階段使用的特高壓輸電技術(shù)，其實(shí)就是提高輸電線的電壓，來盡可能降低能量損耗，可如果使用了超導(dǎo)電線，將完全不存在這個(gè)問題，將徹底改寫整個(gè)行業(yè)，我們可以直接以市電電壓傳輸電力，完全不需要變電站，我們或許可以直接使用直流電。

但是，由于超導(dǎo)tc(超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，指超導(dǎo)體由正常態(tài)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的溫度)的限制，這一設(shè)想完全無法實(shí)現(xiàn)，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的絕大部分超導(dǎo)體tc都在77k(-196℃)以下，這是液氮的沸點(diǎn)，tc在這之下的超導(dǎo)體大部分時(shí)候是使用更加昂貴的液氦制冷來使其進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，只有少部分銅基超導(dǎo)體tc達(dá)到了77k之上，可以使用液氮制冷來使其進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。

即便如此，超導(dǎo)體在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)有了應(yīng)用，醫(yī)院的核磁共振便采用了超導(dǎo)體，這就涉及了超導(dǎo)體的另一重大應(yīng)用方向，即產(chǎn)生大磁場(chǎng)。

當(dāng)我們需要一個(gè)很大的磁場(chǎng)時(shí)，我們首先想到的是什么?磁鐵?不不不，永磁體的磁場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們的要求，再回想一下初中二年級(jí)的物理知識(shí)，沒錯(cuò)，通電螺線管!!利用電流，我們也可以得到磁場(chǎng)，更令人振奮的是，磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流強(qiáng)度成正比，也就是說，電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)。

但大電流就會(huì)遇到上文提到的兩個(gè)問題，焦耳熱與壓降，大電流會(huì)產(chǎn)熱，更令人絕望的是焦耳熱與電流的平方成正比，因此，電流每增加一分，磁場(chǎng)就會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)一分，但產(chǎn)熱會(huì)按平方增加，最終絕大多數(shù)能量都將轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

焦耳熱的來源是電阻，只要沒有電阻，就可以完全不考慮焦耳熱的影響，因此超導(dǎo)體在這里的意義就顯而易見了，我們?nèi)绻贸瑢?dǎo)體線材制作線圈，就可以幾乎無節(jié)制(磁場(chǎng)也可以抑制超導(dǎo)態(tài)，這里需要注意產(chǎn)生的磁場(chǎng)不能超過超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng))地提升線圈內(nèi)的電流強(qiáng)度，進(jìn)而獲得強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這就是核磁共振中強(qiáng)大磁性的來源。

除了以上場(chǎng)景，利用兩個(gè)不同超導(dǎo)體做成的約瑟夫森結(jié)也有重要應(yīng)用價(jià)值，我們可以利用它制作squid，這個(gè)裝置是目前最精確的磁場(chǎng)探測(cè)裝置，在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)中也有重要應(yīng)用。

看到這里，你應(yīng)該對(duì)室溫超導(dǎo)的意義有一定認(rèn)知了，如果我們真的可以發(fā)現(xiàn)常壓下的室溫超導(dǎo)，那將使整個(gè)人類社會(huì)產(chǎn)生重大改變，我們現(xiàn)有的科技可能面臨顛覆，能源問題得到重大緩解，對(duì)整個(gè)人類都具有重大進(jìn)步意義。

我們還是簡單介紹一下超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)歷程及其輸運(yùn)性質(zhì)，這有利于我們理解dias的工作。

超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)及其機(jī)理

1911年，昂內(nèi)斯改進(jìn)了制冷設(shè)備，率先將溫度降至液氦沸點(diǎn)之下，在此期間，他發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2k時(shí)突然降為零，經(jīng)過再三確認(rèn)，他最終確定，這不是實(shí)驗(yàn)上的失誤或誤差，這是汞本征的性質(zhì)，由此，他打開了超導(dǎo)的大門，汞也是我們發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)超導(dǎo)體，tc為4.2k。

昂內(nèi)斯僅僅測(cè)量的汞的電阻，這揭示了超導(dǎo)體在電輸運(yùn)上的特征，也就是零電阻。

后來，1933年，邁斯納在對(duì)進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的錫或鉛金屬球做磁場(chǎng)分布測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，其內(nèi)部的磁場(chǎng)會(huì)迅速被排出體外，磁場(chǎng)只在超導(dǎo)體外部存在，超導(dǎo)體展現(xiàn)出完全抗磁性，這就是邁斯納效應(yīng)。

后來的研究發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體可以進(jìn)一步劃分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體，第一類超導(dǎo)體展現(xiàn)出完全的抗磁效應(yīng)，內(nèi)部完全沒有磁場(chǎng)。而第二類超導(dǎo)體則允許磁場(chǎng)在超導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生磁通量子，也就是允許磁場(chǎng)部分地進(jìn)入超導(dǎo)體。

以上對(duì)超導(dǎo)體的研究更多地還停留在對(duì)其性質(zhì)探究，我們實(shí)際上也一直在尋找超導(dǎo)的內(nèi)在機(jī)理，探索其本質(zhì)。

最開始的嘗試是倫敦方程，不過這個(gè)理論無法揭示穿透深度與外磁場(chǎng)的關(guān)系。1950年左右，前蘇聯(lián)科學(xué)家金茲堡和朗道提出了解釋超導(dǎo)的唯象理論——金茲堡-朗道理論(g-l理論)。該理論建立在朗道二級(jí)相變理論的基礎(chǔ)上，用序參量描述超導(dǎo)體。該理論成功解釋了超導(dǎo)體，上文提到的第一類超導(dǎo)體與第二類超導(dǎo)體就是根據(jù)g-l方程求解的界面能的正負(fù)判定的。

根據(jù)g-l理論，超導(dǎo)體從正常態(tài)到超導(dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)二級(jí)相變，因此，理論上我們可以在比熱的測(cè)量中發(fā)現(xiàn)其在tc處有一個(gè)躍變，或者叫一個(gè)峰。后來這也在實(shí)驗(yàn)上被證實(shí)。