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什麼是稀土超導(dǎo)材料?

什麼是稀土超導(dǎo)材料?其可以簡單地理解為一種含有稀土元素的超導(dǎo)材料。

超導(dǎo)體是一種抗磁體,低於臨界溫度(Tc)時,其會排斥任何試圖施加於它的磁場,這就是所謂的邁斯納效應(yīng)。超導(dǎo)材料由於具有零電阻、抗磁性和電子隧道效應(yīng),而被人們認(rèn)為是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧稀?/p>

什麼是稀土超導(dǎo)材料圖片

與普通超導(dǎo)材料相比,稀土超導(dǎo)材料更容易實現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象,可用於採礦、電子工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、懸浮列車及能源等許多領(lǐng)域。在這裏需要注意的是,稀土主要是用來製備高溫超導(dǎo)體。

相比低溫超導(dǎo)體來說,高溫超導(dǎo)體更容易實現(xiàn)超導(dǎo)。低溫超導(dǎo)材料只能在特別低的溫度(接近絕對零度)下電阻才能為零,正常溫度下導(dǎo)電性能還不如銅好。一般而言,只有液氦才能讓低溫超導(dǎo)材料的電阻為零,這嚴(yán)重加大了該材料生產(chǎn)成本,因此在現(xiàn)實中難以得到廣泛應(yīng)用。

而高溫超導(dǎo)體實現(xiàn)超導(dǎo)的條件並沒有像低溫超導(dǎo)材料那麼苛刻。我們所謂的高溫超導(dǎo)材料,並不是說溫度很高,25K(即-248℃)以上就算高溫超導(dǎo)材料了,而77K以上的液氮溫區(qū)超導(dǎo)材料,簡直就是理想中的高溫超導(dǎo)材料了。

什麼是稀土超導(dǎo)材料圖片

經(jīng)過科學(xué)家們不斷的努力,1986年發(fā)現(xiàn)一種鑭鋇銅氧陶瓷高溫超導(dǎo)體,其臨界溫度為35K。1987年2月又發(fā)現(xiàn)YBa2Cu3O7-x高溫超導(dǎo)體的臨界溫度達(dá)90K以上,大大超過了氮的沸點(77K)。

另外,值得一提的是,我國的科研團隊曾經(jīng)利用燒結(jié)YBaCuO材料實現(xiàn)了130K的超導(dǎo)溫度,這可比液態(tài)甲烷的溫度還高!研究者自己曾想,如果把西氣東輸和西電東輸結(jié)合起來,製作一個高壓輸送管道,直接輸送液化天然氣,再把超導(dǎo)電纜穿到裏面,就可以同時實現(xiàn)天然氣和電能的高效傳輸了,這是多麼理想的能源輸送方式?。?/p>

但是,理想很豐滿,現(xiàn)實卻並不那麼樂觀。YBaCuO材料已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了30多年了,到現(xiàn)在,都還沒有大規(guī)模應(yīng)用。這主要原因是這種材料屬於陶瓷材料,不能像金屬材料那樣做簡單的拉伸,但也不是像普通陶瓷材料一樣簡單地?zé)Y(jié)。它並不能做成傳統(tǒng)的電線樣式,而是地做成一種夾心條帶的形式,超導(dǎo)材料做成細(xì)長的薄片加在中間,上下需要覆蓋多層保護材料,這類帶材的生產(chǎn)工藝特別複雜,生產(chǎn)成本也很高。目前這種帶材只能做到一千多米的長度,美日俄韓德的公司和中國公司都可以生產(chǎn)了。

現(xiàn)在,實際生活中應(yīng)用最多的超導(dǎo)材料就是NbTi線材和Nb3Sn線材,它們擁有較低的生產(chǎn)成本和較成熟加工工藝。

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