室溫超導的應用價值

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

室溫超導應用

更高效的電力輸送：超導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建更加高效的輸電線路。

更節(jié)能的電子設備：超導材料可以用來制造更加節(jié)能的電子設備，這是因為它們可以在極低的能量消耗下運行。

更高速的計算機：超導材料可以用來制造更加快速的計算機，這是因為它們可以在更高的頻率下運行。

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

總之，如果能夠實現(xiàn)室溫超導，將會在許多領域帶來重大的變革和進步。

超導及其應用價值

超導態(tài)是材料的一種特殊狀態(tài)，在超導態(tài)中，材料處于零電阻的狀態(tài)中，初中二年級的物理告訴我們，電阻是材料普遍具有的性質，當電流流經(jīng)材料時，其內部的晶格、雜質等會對載流子運動產(chǎn)生阻礙，載流子本身攜帶的能量會被轉移到晶格上，宏觀上造成焦耳熱，電勢也會相應下降。

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

很明顯，超導體的意義是顯而易見的，如果我們的電線都采用超導體，那就不會存在能量衰減。我們現(xiàn)階段使用的特高壓輸電技術，其實就是提高輸電線的電壓，來盡可能降低能量損耗，可如果使用了超導電線，將完全不存在這個問題，將徹底改寫整個行業(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tc(超導轉變溫度，指超導體由正常態(tài)進入超導態(tài)的溫度)的限制，這一設想完全無法實現(xiàn)，我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的絕大部分超導體tc都在77k(-196℃)以下，這是液氮的沸點，tc在這之下的超導體大部分時候是使用更加昂貴的液氦制冷來使其進入超導態(tài)，只有少部分銅基超導體tc達到了77k之上，可以使用液氮制冷來使其進入超導態(tài)。

即便如此，超導體在我們日常生活中已經(jīng)有了應用，醫(yī)院的核磁共振便采用了超導體，這就涉及了超導體的另一重大應用方向，即產(chǎn)生大磁場。

當我們需要一個很大的磁場時，我們首先想到的是什么?磁鐵?不不不，永磁體的磁場遠遠達不到我們的要求，再回想一下初中二年級的物理知識，沒錯，通電螺線管!!利用電流，我們也可以得到磁場，更令人振奮的是，磁感應強度與電流強度成正比，也就是說，電流越大，磁場越強。

但大電流就會遇到上文提到的兩個問題，焦耳熱與壓降，大電流會產(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，磁場就會相應增強一分，但產(chǎn)熱會按平方增加，最終絕大多數(shù)能量都將轉化為內能。

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，因此超導體在這里的意義就顯而易見了，我們如果利用超導體線材制作線圈，就可以幾乎無節(jié)制(磁場也可以抑制超導態(tài)，這里需要注意產(chǎn)生的磁場不能超過超導體的臨界磁場)地提升線圈內的電流強度，進而獲得強大的磁場。這就是核磁共振中強大磁性的來源。

除了以上場景，利用兩個不同超導體做成的約瑟夫森結也有重要應用價值，我們可以利用它制作squid，這個裝置是目前最精確的磁場探測裝置，在超導量子計算機中也有重要應用。

看到這里，你應該對室溫超導的意義有一定認知了，如果我們真的可以發(fā)現(xiàn)常壓下的室溫超導，那將使整個人類社會產(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，對整個人類都具有重大進步意義。

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

超導的發(fā)現(xiàn)及其機理

1911年，昂內斯改進了制冷設備，率先將溫度降至液氦沸點之下，在此期間，他發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2k時突然降為零，經(jīng)過再三確認，他最終確定，這不是實驗上的失誤或誤差，這是汞本征的性質，由此，他打開了超導的大門，汞也是我們發(fā)現(xiàn)的第一個超導體，tc為4.2k。

昂內斯僅僅測量的汞的電阻，這揭示了超導體在電輸運上的特征，也就是零電阻。

后來，1933年，邁斯納在對進入超導態(tài)的錫或鉛金屬球做磁場分布測量時發(fā)現(xiàn)，當材料進入超導態(tài)后，其內部的磁場會迅速被排出體外，磁場只在超導體外部存在，超導體展現(xiàn)出完全抗磁性，這就是邁斯納效應。

后來的研究發(fā)現(xiàn)，超導體可以進一步劃分為第一類超導體和第二類超導體，第一類超導體展現(xiàn)出完全的抗磁效應，內部完全沒有磁場。而第二類超導體則允許磁場在超導體內部產(chǎn)生磁通量子，也就是允許磁場部分地進入超導體。

以上對超導體的研究更多地還停留在對其性質探究，我們實際上也一直在尋找超導的內在機理，探索其本質。

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

根據(jù)g-l理論，超導體從正常態(tài)到超導態(tài)的轉變是一個二級相變，因此，理論上我們可以在比熱的測量中發(fā)現(xiàn)其在tc處有一個躍變，或者叫一個峰。后來這也在實驗上被證實。