超导材料的应用_范文大全

超导材料的应用

【范文精选】超导材料的应用

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【专家解析】超导材料的应用

【优秀范文】超导材料的应用

问题一:超导体的应用有哪些?

高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:龚电流应用(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。

问题二:超导材料的显著特点是什么?主要应用是?

编辑本段超导材料特性零电阻性  超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。   超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时,如铅在7.20K(-265.95摄氏度)以下,电阻就变成了零。 完全抗磁性  超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。 约瑟夫森效应  两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接 相关书籍时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 同位素效应  超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大,Tc越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。 超导材料应用  超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。到80年代,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(功率可达10000MVA);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10~20倍,功耗只有四分之一。

问题三:超导材料应用在哪些方面

超导材料因为其超低的电阻率,可以极大的降低电流的热效应及相应损耗,因此可用于:

1. 输电线;供 2. 磁悬浮;

3. 大功率小型化电器设备;

等等

问题四:超导材料不能大量应用的原因。

超导材料要在相当低的温度下才能发挥作用 现在还没有达到在常温下使用

问题五:超导材料的应用领域

超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的工艺等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。到80年代,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(功率可达10000MVA);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10~20倍,功耗只有四分之一。

问题六:超导体的应用有哪些?

自从荷兰科学家海伊克?凯米林?昂纳斯于1911年首次发现超导现象以来,科学家们对低温超导体和高温超导体的研究已取得了辉煌的成就。超导体主要有两个基本特性,即:①零电阻性或完全导电性;②完全抗磁性。因此,它在科研、生产的各个领域都有着广泛的应用。总体来说可分为两大类:一类是用于强电,用超导体制成大尺度的超导器件,如超导磁铁、电机、电缆等,用于发电、输电、贮能和交通运输等方面。另一类是用于弱电,用超导体制成小尺度的器件,如超导量子干涉器件(简称SQVID)和制成计算机的逻辑元件,用于精密仪器仪表、计算机等方面。

1.超导发电

超导体对人类社会影响最大的将是提供更多的电力,超导用于发电的装置目前有磁流体发电、超导电机发电、热核聚变发电三种。

滋流体发电是一种高效、低污染、单机容量大、直接将热能转变为电能的一种新型的发电方式。普通火力发电需把热能转化为机械能再转化为电能,效率最高只有33一36%。磁流体发电是让煤(石油、天然气)加氧化剂、添加剂燃烧产生的等离子体高速通过磁场,使热能直接转化为电能,磁流体一蒸汽联合循环发电装置最高效率达到55%,而且可自动脱硫,污染小.但这种发电方式目前遇到的困难是当磁感应强度在1.5特以上时,磁流体的铁芯逐渐处于磁饱和,磁场强度很难再提高。于是人们就想到超导体,如果利用超导磁体,那么就很容易在较大体积内产生强度为几十特的磁场,且消耗的励磁功率很小,它具有性能良好,质量小等优点。例如,磁感应强度可达4一5特的超导磁体,质量只有300一500克,而要产生同样磁场强度的磁体质量却有15一20吨。目前,美国、前苏联、日本都建有这种超导磁流体发电机。

超导发电机发电是利用超导体制造发电机磁极绕组,不仅可大大增加发电机的极限输出容量,而且效率高,体积小,质量小,可节约大量电能和金属材料。常规的两极发电机的极限输出在现今条件下只能达到1.5×109瓦,但超导发电机则可达3×1010瓦,甚至更大。一台6×106瓦的电动机,常规质量为370×103千克,采用超导体材料仅重40×103千克;又如目前已建成的一台5×106瓦超导交流发电机,其功耗比普通电机减少三分之二,体积缩小百分之八十以上。因此有人估计,超导体可以把发电成本降低60%,可以把经电缆输电的成本降低10%,这些优点使得它特别适宜于建造高效率的大型发电站、移动电源及做为太空飞船的动力设备。

超导体还可帮助科学家建立核聚变发电系统,这种发电系统是以氢做燃料的,其反应温度与太阳的温度一样高。从理论上讲这种能源是取之不尽的,在实践上,关键问题是如何生成足够强大的磁场来控制剧烈的热核反应,超导材料将能够解决这个问题。

问题七:超导体材料有什么好处

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”,将热核反阀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。

问题八:“高温”超导材料都用于什么地方?

应用进展

超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。与实用低温超导材料相比,高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90年代,随着第一代Bi系高温超导材料的商业化,美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投入大量的人力和资金,开展高温超导电力应用研究,相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究,并取得了许多实质性的进展。

1.电流引线

在给低温环境下工作的超导磁体和电力设备供电时,由低温到高温之间的电流引线会消耗许多液氦。高温超导体由于临界温度高,热导率低,可以在超导态下给磁体供电,从而把由低温区到高温区的热漏减少到了极小的程度。目前用作电流引线的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和带材、以及熔融法YBCO棒材。目前电流引线已成功地用于微型致冷机冷却的NbTi及Nb3Sn磁体系统,第一次实现了不需用液氦的超导磁体应用。

2.磁体

高温超导磁体在MRI、NMR、磁悬浮列车、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技术等方面有重要的应用价值。美国超导体(AMSC)公司研制了一个利用机械致冷机冷却的高温超导磁体,在27 K零外场下能产生2.16 T的磁场。最近,日本住友电工将Bi系多芯带绕制的四双饼高温超导磁体插入NbTi及Nb3Sn组合磁体中,在4.2K产生了常规低温超导体无法实现的24T的磁场,已能满足1GHz核磁共振磁体要求。Bi-2212线材绕制线圈和磁体是目前研究的重点之一。Bi-2212具有较高的临界温度,用这种材料绕制的磁体具有高的稳定性和可靠性,因此,这种磁体能够在广阔的范围内得到应用。

3.输电电缆

高温超导电缆具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点,从20世纪90年代起,美国、日本和丹麦等国都相继开展这方面的研究,并进行示范性实验。2004年,日本东京电力公司研制出500m长、77kV/1kA单芯高温超导电缆。2004年l2月,中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功75m、10.5 kV/1.5kA交流高温超导电缆,并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行,如图2所示。云电英纳超导电缆公司也于2004年完成33m长、35kV/2kA高温超导交流电缆的开发,安装在云南普吉变电站中运行。目前美国Southwire,AMSC公司等预计在2006年分别研制出200m、13.5kv/3kA,350m、34.5kv/0.8kA和660m、l38kv/2.4kA的三相高温超导交流电缆并将投入实际运行。

4.故障限流器

在电厂,高压输电、低压配电等电力系统中,有时会因闪电轰击,设备故障等引起短路,对50Hz的电力系统而言,一旦发生短路,不可避免会产生很大的故障电流,为此电路上必须配有限流装置。中国、美国、日本、德国、法国等都在从事高温超导故障限流器的开发,并取得了较大进展。如2005年中国科学院电工研究所研制成功l0.5kV/1.5kA新型桥路式高温超导限流器,并于2005年8月安装在湖南娄底的110kV/l0.5kV变电站中进行短路和运行试验。

5. 变压器

高温超导变压器与常规变压器相比有体积小重量轻的优点,它采用液氮作冷却剂,没有污染环境或火灾的隐患。90年代,美国、日本以及欧洲ABB公司等都在致力研究电力系统用的高温超导变压器。2001年,德国Siemens公司已研制、试验成功用于铁路机车的1MV......余下全文>>

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