en la pelicula AvatarEl mineral superconductor “Unobtanium” en el planeta Pandora es realmente sorprendente. Gracias a sus propiedades superconductoras, enormes montañas de “Aleluya” flotan en el aire. En el mundo de la ciencia, Superconductores Como piedras filosofales mágicas que tienen habilidades asombrosas para desafiar la lógica convencional.
¿Qué es un superconductor?
Un superconductor es un material que exhibe dos propiedades clave bajo ciertas condiciones de temperatura y campo magnético:
① Resistencia eléctrica cero
② Expulsión completa del campo magnético interno (efecto Meissner)
¿Por qué ocurre este fenómeno?
Una teoría ampliamente aceptada entre los científicos. Teoría del BCS.
En pocas palabras, cuando un metal conduce electricidad, se pierde energía debido a las colisiones de partículas, y cuanto mayor es la temperatura, mayor es la pérdida de energía, lo que significa mayor resistencia eléctrica. Sin embargo, cuando la temperatura desciende hasta cierto nivel, el movimiento térmico de las partículas se vuelve muy bajo. Durante este tiempo, a medida que los electrones pasan, atraen a los átomos circundantes y luego atraen a otros electrones, formando pares de Cooper. La fuerza de unión en los pares de Cooper es muy débil y fácilmente alterada por el movimiento térmico. Después de que se forman los pares de Cooper, los electrones, que originalmente son fermiones, exhiben un comportamiento bosónico y ocupan el mismo estado de energía más bajo. Esto permite que los electrones se muevan a través del material sin pérdida de energía, lo que resulta en superconductividad.
De hecho, la teoría BCS se aplica sólo a los superconductores convencionales de baja temperatura tipo I. Los mecanismos detrás de muchos superconductores no convencionales aún se desconocen en la actualidad.
¿Cuáles son los tipos de superconductores?
1. Materiales superconductores de baja temperatura.
Los materiales superconductores de baja temperatura fueron los primeros en comercializarse y aplicarse ampliamente. Requieren temperaturas mucho más bajas que las alcanzadas con helio líquido para exhibir superconductividad.
NbTi Los cables superconductores ocupan actualmente la mayor cuota de mercado entre los materiales superconductores, representando más del 90% del mercado total. Tienen un excelente rendimiento superconductor en campos magnéticos bajos a moderados, buena procesabilidad mecánica y ventajas de costos, lo que los convierte en una materia prima para imanes superconductores en sistemas de resonancia magnética.
En comparación con las aleaciones de niobio-titanio, niobio-estaño (Nb₃SnTc = 18K) puede mantener la superconductividad a altas temperaturas y campos magnéticos fuertes, lo que lo hace adecuado para proyectos científicos y dispositivos de investigación de alta gama que requieren campos magnéticos fuertes.
2. Materiales superconductores de alta temperatura.
Los materiales superconductores de alta temperatura tienen temperaturas críticas relativamente altas y pueden operar en un entorno de nitrógeno líquido más rentable, lo que les brinda amplias posibilidades de aplicación.
Estos ingredientes son principalmente Óxido de cobre a base de bismuto y de itrio Cintas superconductoras. Se utilizan ampliamente en cables superconductores, calentamiento por inducción superconductora y otros campos. En los últimos años se han logrado importantes avances en la tecnología de calentamiento por inducción superconductora de alta temperatura, con una eficiencia energética significativamente superior a la de los hornos de frecuencia industriales convencionales y con importantes reducciones en el consumo de energía por tonelada de material. Las aplicaciones industriales se están acelerando.
Mientras tanto, las cintas de segunda generación basadas en materiales superconductores de alta temperatura han logrado el suministro a escala industrial para algunos equipos de procesamiento térmico, lo que marca la transición de la tecnología superconductora de alta temperatura de la investigación a la aplicación a gran escala.
3. Materiales superconductores de temperatura intermedia
diboruro de magnesio Un material superconductor emergente con ventajas como estructura simple y bajos costos de materia prima. Se espera que se aplique en sistemas de resonancia magnética, cables especiales, generadores de energía eólica y otros campos. Actualmente, los sistemas abiertos de resonancia magnética médica basados en este material están avanzando gradualmente hacia la comercialización.
Stanford Advanced Materials (SAM) ofrece materiales con propiedades superconductoras como la aleación de niobio-titanio, Nb₃Sn, BSCCO y diboruro de magnesio.
La familia de materiales superconductores varía desde superconductores de baja temperatura tecnológicamente maduros hasta superconductores de temperatura media y alta en rápido desarrollo. Juntos, forman una base material importante para futuras tecnologías de vanguardia y actualizaciones industriales.
