超電導材料とは

温度が特定の臨界温度に下がると、一部の材料の抵抗は完全になくなります。 この現象を超伝導と呼び、この現象を伴う材料を超伝導材料と呼びます。 超電導体のもう一つの特徴は、抵抗がなくなると、磁気誘導線が超電導体を通過しないことです。 この現象は反磁性と呼ばれます。

一般的な金属（銅など）の抵抗率は、温度の低下とともに徐々に低下します。 温度が0Kに近づくと、その抵抗は特定の値に達します。 1919年、オランダの科学者Onnesは、液体ヘリウムを使用して水銀を冷却しました。 温度が4.2K（すなわち-269°C）に下がったとき、彼は水銀の抵抗が完全に消えたことを発見しました。

超伝導と反磁性は超伝導体の2つの重要な特徴です。 超伝導体の抵抗がゼロになる温度を臨界温度（TC）と呼びます。 超電導材料の研究における問題は、GG quot;温度障壁GGquot;を突破すること、つまり、高温超電導材料を見つけることです。

NbTiやNb3Snに代表される実用的な超電導材料が商品化されており、核磁気共鳴画像法（NMRI）、超電導磁石、大型加速器磁石など多くの分野で応用されています。 SQUIDは、超伝導体の弱電流アプリケーションのモデルとして使用されてきました。 弱い電磁信号の測定に重要な役割を果たしており、その感度は他の非超伝導デバイスでは達成できません。 しかし、従来の低温超電導体の臨界温度は低すぎるため、高価で複雑な液体ヘリウム（4.2K）システムで使用する必要があり、低温超電導アプリケーションの開発が大幅に制限されます。

高温酸化物超伝導体の出現は、温度障壁を突破し、液体ヘリウム（4.2K）から液体窒素（77K）への超伝導の適用温度を上昇させました。 液体ヘリウムと比較して、液体窒素は非常に経済的な冷媒であり、熱容量が高いため、エンジニアリングアプリケーションに非常に便利です。 さらに、高温超伝導体は非常に高い磁気特性を持っており、20Tを超える強い磁場を生成するために使用できます。

超電導材料の最も魅力的な用途は、発電、送電、エネルギー貯蔵です。 超電導材料を使用して超電導発電機のコイル磁石を作ると、発電機の磁場強度を50,000〜60,000ガウスに上げることができ、エネルギー損失はほとんどありません。 従来の発電機と比較して、超伝導発電機の単一容量は5〜10倍に増加し、発電効率は50％増加します。 超伝導送電線と超伝導変圧器は、ほとんど損失なく電力をユーザーに送電できます。 統計によると、銅線またはアルミニウム線の伝送における電力損失の約15％は伝送ライン上にあります。 中国では、年間の電力損失は1,000億度を超えています。 超伝導送電に変更すれば、節約できるエネルギーは、新しい数十の大規模発電所に相当します。 超電導リニアモーターカーの動作原理は、超電導材料の反磁性を利用して超電導材料を減らすことです。 導電性材料は、永久磁石（または磁場）の上に配置されます。 超伝導体の反磁性により、磁石の磁力線は超伝導体を通過できません。 磁石（または磁場）と超伝導体の間に反発力が発生し、超伝導体がその上に浮揚します。 この種の磁気浮上効果は、上海浦東国際空港の高速列車などの高速超伝導磁気浮上列車の製造に使用できます。 超電導コンピュータの場合、高速コンピュータは集積回路チップ上にコンポーネントと接続線を密に配置する必要がありますが、回路を密に配置すると、動作中に大量の熱が発生します。 抵抗がゼロに近い超電導材料を使用して、接続線や超微小加熱の超電導デバイスを作成すれば、熱放散の問題はなく、コンピュータの速度を大幅に向上させることができます。