Apa itu bahan superkonduktor

Ketika suhu turun ke suhu kritis tertentu, resistansi beberapa bahan akan hilang sama sekali. Fenomena ini disebut superkonduktivitas, dan bahan dengan fenomena ini disebut bahan superkonduktor. Fitur lain dari superkonduktor adalah ketika resistansi menghilang, garis induksi magnetik tidak akan melewati superkonduktor. Fenomena ini disebut diamagnetisme.

Resistivitas logam umum (seperti tembaga) secara bertahap menurun dengan penurunan suhu. Ketika suhu mendekati 0K, resistansinya mencapai nilai tertentu. Pada tahun 1919, ilmuwan Belanda Onnes menggunakan helium cair untuk mendinginkan merkuri. Ketika suhu turun menjadi 4.2K (yaitu -269 ° C), dia menemukan bahwa resistansi merkuri benar-benar hilang.

Superkonduktivitas dan diamagnetisme adalah dua karakteristik penting dari superkonduktor. Suhu di mana resistansi superkonduktor adalah nol disebut suhu kritis (TC). Permasalahan dalam penelitian material superkonduktor adalah menerobos" temperature barrier" ;, yaitu mencari material superkonduktor yang bersuhu tinggi.

Bahan superkonduktor praktis yang diwakili oleh NbTi dan Nb3Sn telah dikomersialkan, dan telah diterapkan di banyak bidang seperti pencitraan manusia resonansi magnetik nuklir (NMRI), magnet superkonduktor dan magnet akselerator besar; SQUID telah digunakan sebagai model aplikasi arus lemah superkonduktor. Ini memainkan peran penting dalam pengukuran sinyal elektromagnetik yang lemah, dan sensitivitasnya tidak dapat dicapai oleh perangkat non-superkonduktor lainnya. Namun, karena suhu kritis superkonduktor suhu rendah konvensional terlalu rendah, mereka harus digunakan dalam sistem helium cair (4.2K) yang mahal dan rumit, yang sangat membatasi pengembangan aplikasi superkonduktor suhu rendah.

Munculnya superkonduktor oksida suhu tinggi telah menembus penghalang suhu dan menaikkan suhu aplikasi superkonduktivitas dari helium cair (4.2K) menjadi nitrogen cair (77K). Dibandingkan dengan helium cair, nitrogen cair adalah zat pendingin yang sangat ekonomis dan memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi, yang memberikan kemudahan yang besar untuk aplikasi teknik. Selain itu, superkonduktor suhu tinggi memiliki sifat magnet yang sangat tinggi dan dapat digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang kuat di atas 20T.

Aplikasi material superkonduktor yang paling menarik adalah pembangkit listrik, transmisi daya, dan penyimpanan energi. Menggunakan bahan superkonduktor untuk membuat magnet kumparan generator superkonduktor dapat meningkatkan kekuatan medan magnet generator menjadi 50.000 hingga 60.000 Gauss, dan hampir tidak ada kehilangan energi. Dibandingkan dengan generator konvensional, kapasitas tunggal generator superkonduktor meningkat 5 ~ 10 kali lipat, efisiensi pembangkit listrik meningkat 50%; jalur transmisi superkonduktor dan trafo superkonduktor dapat mengirimkan daya ke pengguna hampir tanpa kehilangan. Menurut statistik, sekitar 15% kehilangan daya pada transmisi kawat tembaga atau aluminium ada pada saluran transmisi. Di Cina, kehilangan daya tahunan lebih dari 100 miliar derajat. Jika diubah menjadi transmisi daya superkonduktor, energi yang dihemat setara dengan lusinan pembangkit listrik skala besar yang baru; prinsip kerja kereta maglev superkonduktor adalah dengan menggunakan sifat diamagnetik dari bahan superkonduktor untuk mereduksi bahan superkonduktor. Bahan konduktif ditempatkan di atas magnet permanen (atau medan magnet). Karena diamagnetisme superkonduktor, garis medan magnet magnet tidak dapat melewati superkonduktor. Gaya tolak akan dihasilkan antara magnet (atau medan magnet) dan superkonduktor, menyebabkan superkonduktor melayang di atasnya. Efek levitasi magnetik semacam ini dapat digunakan untuk membuat kereta levitasi magnetik superkonduktor berkecepatan tinggi, seperti kereta berkecepatan tinggi di Bandara Internasional Pudong Shanghai; Untuk komputer superkonduktor, komputer berkecepatan tinggi memerlukan pengaturan komponen yang padat dan jalur penghubung pada chip sirkuit terintegrasi, tetapi sirkuit yang tersusun rapat Sejumlah besar panas dihasilkan selama operasi. Jika bahan superkonduktor dengan resistansi mendekati nol digunakan untuk membuat kabel penghubung atau perangkat superkonduktor dengan pemanasan ultra-mikro, tidak akan ada masalah pembuangan panas dan kecepatan komputer dapat ditingkatkan secara signifikan.