【超导材料应用在哪些方面,超导材料的好处与用处是什么?】超导材料的应用主要有:
1、利用材料的超导电性可制作磁体,应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作电力电缆,用于大容量输电;可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料 。
2、利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承 。
3、利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等 。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能集成电路的快10到20倍,功耗只有四分之一 。
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超导材料的好处与用处是什么?
超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能 。由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场 。而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大 。超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等 。超导发电机 在电力领域,利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万~6万高斯,并且几乎没有能量损失,这种发电机便是交流超导发电机 。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5~10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50% 。磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助 。磁流体发电发电,是利用高温导电性气体(等离子体)作导体,并高速通过磁场强度为5万~6万高斯的强磁场而发电 。磁流体发电机的结构非常简单,用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用 。超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器,从而把电力几乎无损耗地输送给用户 。据统计,目前的铜或铝导线输电,约有15%的电能损耗在输电线路上,光是在中国,每年的电力损失即达1000多亿度 。若改为超导输电,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂 。广阔的超导应用高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用 。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等 。超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性,将超导材料放在一块永久磁体的上方,由于磁体的磁力线不能穿过超导体,磁体和超导体之间会产生排斥力,使超导体悬浮在磁体上方 。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车 。超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列,但密集排列的电路在工作时会发生大量的热,而散热是超大规模集成电路面临的难题 。超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作,不存在散热问题,同时计算机的运算速度大大提高 。此外,科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管,甚至完全用超导体来制作晶体管 。核聚变反应堆“磁封闭体” 核聚变反应时,内部温度高达1亿~2亿℃,没有任何常规材料可以包容这些物质 。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”,将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来,然后慢慢释放,从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源 。
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